WO2013124548A1 - Dispositif et procédé de stockage écologique d'énergie électrique récupérable à haut rendement énergétique global - Google Patents

Dispositif et procédé de stockage écologique d'énergie électrique récupérable à haut rendement énergétique global Download PDF

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WO2013124548A1
WO2013124548A1 PCT/FR2013/000038 FR2013000038W WO2013124548A1 WO 2013124548 A1 WO2013124548 A1 WO 2013124548A1 FR 2013000038 W FR2013000038 W FR 2013000038W WO 2013124548 A1 WO2013124548 A1 WO 2013124548A1
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WO
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ballast
cavity
energy
network
speed
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Application number
PCT/FR2013/000038
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English (en)
Inventor
Robert Schegerin
Original Assignee
Aer
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Publication date
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Priority to EP13715255.9A priority patent/EP2817513A1/fr
Priority to US14/374,981 priority patent/US20150048622A1/en
Priority to BR112014020768A priority patent/BR112014020768A2/pt
Priority to CA2863473A priority patent/CA2863473A1/fr
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G3/00—Other motors, e.g. gravity or inertia motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/007—Systems for storing electric energy involving storage in the form of mechanical energy, e.g. fly-wheels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1853—Rotary generators driven by intermittent forces

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method of environmentally friendly storage of electrical energy for collecting and accumulating electrical energy of a network, then redistributing this energy to the network when it is needed in order to balance supply and demand.
  • This invention more particularly relates to the recovery, storage and return of electrical energy.
  • It also more particularly relates to the storage of energy in the form of gravitational potential energy and the restitution of kinetic energy and potential gravitational energy resulting from the loss of altitude of a ballast.
  • It also relates, and more particularly, to a device for storing potential energy from a high efficiency ballast using an insensitive circulation cavity that is insensitive to the shocks generated by a ballast in said cavity while preventing said shocks from causing a disturbance of the environment where is designed the device, including a possible earthquake or possible destruction of equipment.
  • the invention relates more particularly to the field of gravity potential energy storage.
  • the invention proposes a storage which consists in constituting a stock of potential gravitational energy from energy which is not used immediately.
  • the goal is to be able to dispose of it later, when demand is higher. This is particularly necessary when the energy available immediately is variable over time, as is the case of intermittent renewable energies (solar, wind) or peak consumption.
  • the energy storage operation is always associated with the inverse operation of recovering stored energy (destocking). These two storage / retrieval operations constitute a storage cycle. At the end of a cycle, the storage system returns to its original state
  • the stock was then regenerated.
  • the overall efficiency of a cycle is the ratio of the amount of energy recovered to the amount of energy initially sought to be stored. Indeed, each of the two storage and retrieval operations invariably induces energy losses. Part of the initial energy is not actually stored and some of the stored energy is not actually recovered.
  • the efficiency of an energy storage cycle depends largely on the nature of the storage and the physical processes used to carry out the storage and destocking operations.
  • thermodynamic solar power station The storage of heat also exists. Beyond the use of cumulus, homes with high thermal inertia (thick walls, good insulation) can smooth daily variations in temperature and reduce the need for heating and cooling for direct savings.
  • Another form of thermal storage is the use of phase change materials in buildings or to accumulate solar thermal energy from individual solar water heaters. Phase change materials can smooth the production of energy supplied by the sun (free) and increase storage capacity thanks to their high density energy density.
  • solar heat can be stored in reservoirs before electricity production, to smooth solar gain; this type of use is marginal in volume, but is an interesting way of research in the context of an electrical production by a thermodynamic solar power station.
  • Mechanical storage is a provision often required in engines, in the form of flywheel, to regulate the movement at very short time scales of less than one second. H is practically not used for long-term storage because the amounts of stored energy are too low.
  • flywheels rotating at high speed in a cavity where a vacuum has been created.
  • Rechargeable batteries are relatively expensive in terms of cost of ownership, because they must be changed regularly and must be replaced after a limited number of charge / discharge cycles and they are not neutral for the environment;
  • Document FR 2 929 659 is also known which is a device for storing mechanical energy in a time-unlimited manner comprising a ballast connected to a shaft whose rotation leads to a rise or a descent of a ballast. Unfortunately, this device does not include a circulation cavity in which the ballast can move freely.
  • a potential energy storage device comprising at least one ballast of at least 1 ton capable of moving in a cavity, of preferably a curved cavity, including a wellbore, while avoiding ballast stuffing on the walls of said cavity, said cavity comprising liquids such as water or oil.
  • These storage devices also include an electric power generator and control means coupled to an operator designed to operate the link in order to controllably move the ballast, thereby providing electricity to the grid during moving the ballast from the first elevation position to a second elevation position by converting the potential gravitational energy into electrical energy as the network requests it and transforming the electrical energy taken from the grid into gravitational potential energy when the The electrical energy of the network is abundant and available.
  • Electromechanical energy storage system that stores energy from renewable sources of energy according to the needs of the network.
  • This device is electrically connected to a power source.
  • This device comprises a ballast mass between 500 and 1000 tonnes likely to move on a trajectory of at least 100 meters and can store energy. It further comprises an electric generator, an electric motor and control means coupled to an operator.
  • this device makes it possible to supply electricity to the network when moving the ballast from the first elevation position to a second elevation position by transforming the potential gravitational energy into electrical energy when the The network requests it and transforms the electrical energy taken from the grid into potential gravitational energy when the electrical energy of the network is abundant and available.
  • the velocity of the fluid contained in the cavity may be greater than 3 meters per second.
  • the shape of the ballast is not adapted to operate the device optimally. Indeed, it is not expected a preferred form to the ballast allowing him to minimize all kinds of friction forces likely to influence its movement, because the fluid friction forces can be more or less important depending on the environment, said forces can sufficiently influence the trajectory and / or the movement of the ballast, which could have adverse consequences on the gain of production of electrical energy.
  • the ballast has a rectangular or cylindrical or oblong shape. This form is unsuitable with a device for storing energy that can move in a resistive fluid, preferably a viscous fluid, because, for the said form defined in ballast according to these documents mentioned above, the fluid force is not taken into account. and seems to be strong to change the operation of the device and / or the production gain. This being the case, the planar faces and the right angles defining the ballast actively participate in the braking of the ballast during its descent into the cavity.
  • the operating method of the device described in these documents does not seem to adapt to make it work in a complex and / or heterogeneous medium comprising at least two fluids such as water and air, which represents the usual operating conditions, in particular abandoned mine shafts.
  • the method defined in these documents is not configured to operate the device in such configurations, because the disclosed method is not able to control the different ballast movements in the case of a medium comprising at least two fluids of different densities.
  • the ballast movement would be opposed to the fluid friction, making the movement of the ballast difficult, which could have adverse consequences on the safety and operation of the device as a whole.
  • the speed of descent of the ballast seems too excessive to avoid any devers or dysfunction of the device.
  • the storage device according to DE10037678 operates at a speed of 10 m / s. This speed seems excessive because, under conditions where the cavity comprises at least two fluids Fl and / or F2, the frictional forces may become too strong and influence the movement of ballast in the circulation cavity. As a result, the control of the ballast by the operator becomes inoperative.
  • Hydrodynamic Form describes the appearance of the form of a moving body in a fluid and its resistance to advancement.
  • Aerodynamic shape describes the appearance of the shape of a moving body in the air and its resistance to advancement.
  • Multiunivoque a link where several elements of a set correspond to one element and only one of the other set.
  • Co-univocal a link where each element of a set corresponds to several elements of the other set.
  • Example for an element x in one set is the elements y and z of the other set.
  • multivoque a link where several elements of one set correspond to several elements of the other set.
  • Example for the elements x and t of one set corresponds the elements y and z of the other set.
  • the invention aims to remedy these drawbacks. More particularly, the present invention aims at providing a device and a method for environmentally-friendly storage of recoverable energy with a high overall energy efficiency, making it possible to take electrical energy on a distribution network when the electrical energy is abundant and available on this network, redistributing electrical energy to the network when said network needs it, said network comprising at least one electrical energy generator, at least one consumer of electrical energy and at least one power line.
  • the invention also makes it possible to propose a secure method of operation of the ecological energy storage device according to the invention.
  • An object of the invention is to provide a device and an ecological storage method of secure energy completely overcoming the disadvantages mentioned and known from the prior art.
  • the subject of the invention is an energy efficient global energy recoverable energy storage device comprising:
  • At least one compact and dense ballast M of section S2 having a density of at least 1, preferably a density of 4, and at least a mass of 10000 kg,
  • At least one circulation cavity defining a mobility range of the ballast M, this cavity has a height of at least 20 m, a characteristic dimension of passage d of at least 1 m, preferably 3 or 10 m, a section SI limiting the internal medium, a lower portion PI forming a bottom, an upper portion accessible P2 open on a platform.
  • the cavity has a main circulation axis YY 'and comprises at least one fluid F, at least one cable C which makes it possible to connect the ballast M to at least one drum T and at least one first means which comprises a locking system and for unblocking the drum T. This first means makes it possible to maintain the ballast inside the cavity or on the platform of said cavity for a given time, in equilibrium position at a given altitude without loss of potential energy,
  • At least one second means which comprises at least one electric motor ME which makes it possible to transform the electrical energy taken from the electrical network into potential gravitational energy by driving the drum T.
  • This second means makes it possible to increase the altitude of the ballast M when the electrical energy of the network is abundant and available,
  • At least a third means which comprises at least one GE electric generator.
  • This generator is mechanically connected to the drum T and regulates the ballast speed M on the one hand, and provides the network the electrical power it needs on the other hand.
  • This third means makes it possible to reduce the altitude of the ballast M when the network requires electrical energy, by transforming the potential gravitational energy and possibly the kinetic energy of the ballast M into an electrical energy, said potential energy of gravitation and eventually the transformed kinetic energy is supplied to the network,
  • At least a fourth means which makes it possible to measure the altitude of the ballast M at least when said ballast is close to the bottom of the cavity
  • At least one fifth real-time or deferred control means comprising a computer which makes it possible to control the first, second and third means mentioned above, as a function of the abundance and the availability of the electrical energy of the network, of the electrical energy required by this network and the position of the ballast M.
  • said cavity previously defined is likely to withstand without risk a shock of high energy corresponding to the maximum fall energy of ballast M in said cavity.
  • the weight M previously defined has a hydrodynamic or aerodynamic shape adapted so that, in normal operation, the hydrodynamic and / or aerodynamic friction applied to this ballast M by the fluid F are generally negligible so that the fluid F contained in the cavity can circulate freely without hindering the movements of ballast M in said cavity.
  • the circulation cavity of the device according to the invention comprises at least one reinforced concrete structure or an attached structure, said structure being closed on itself.
  • the proposed invention solves simultaneously the various previously defined problems such as:
  • FIG. 1 is a side section A-A of the upper part of a first embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 or Figure 3 is a longitudinal section of a first preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 4a shows curves of variation of the safety factor as a function of the braking coefficient for different values of the speed of the chosen ballast
  • FIG. 4b shows curves of variation of the safety factor as a function of the ballast velocity in the circulation cavity for different values of the braking coefficient
  • Figure 4c is a longitudinal section of a variant of the first preferred embodiment of the device according to the invention
  • Figure 4d is a longitudinal section of another variant of the first preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 4e and Figure 4f are longitudinal sections of a ballast according to the invention.
  • Figure 4g and Figure 4h are other longitudinal sections of a ballast according to the invention
  • Figure 4i and Figure 4j are also other longitudinal sections of a ballast according to the invention
  • Fig. 5 is a descent sequence showing a method of operation of the energy storage device according to the invention.
  • FIG. 6a or 6b is a longitudinal section of a second preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 6c is a longitudinal section of a variant of the first and second preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 6d is a longitudinal section of another variant of the first two preferred embodiments of the invention.
  • Figure 7 is a longitudinal section of a third preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 8 is a longitudinal section of a fourth preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 9 is a longitudinal section of a fifth preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 10 is a cross section of a sixth preferred embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal section of an alternative embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 12 is a cross section of an alternative embodiment of the device according to the invention.
  • the device according to the invention comprises an electric motor ME which makes it possible to take electrical energy from a distribution network (1) when the electrical energy is abundant and available on this network (1), this energy is stored in the storage device.
  • This energy is redistributed by an electric generator GE to the network (1) or possibly to another network when said network (1) or possibly the other network needs it.
  • This device is environmentally friendly because it does not emit greenhouse gases.
  • FIG. 2 or FIG. 3 shows an energy storage device according to a first embodiment of the storage device according to the invention.
  • the device comprises at least one ballast M compact and dense section S2.
  • This ballast has a density relative to water at least equal to 1 so as to store a large mass in a small volume.
  • the chosen ballast has a mass of at least 10000 kg. It is made of dense materials such as carbon steel, tungsten steel, stainless steel, bronze, cement, diamond, iron, brass, mercury, nickel, gold, titanium, zinc, platinum.
  • the density of the ballast with respect to the water is of the order of 5.
  • the ballast can move in the cavity (2) of circulation in a direction YY 'so that this circulation cavity defines a mobility range of the ballast M.
  • the cavity (2) has a height H at least 20 m, a characteristic dimension of passage d of at least 1 m, preferably 10 m, a surface S1 limiting the internal medium, a lower part PI forming a bottom, an accessible upper part P2, open on a P2 platform.
  • the characteristic dimension of passage d of the cavity depends on two parameters which are: the velocity of the ballast or the fluid contained in the cavity, the surface S2 of the ballast. Therefore, it is possible to avoid any risk of landslide resulting from a severe vibration surrounding.
  • a landslide is a collapse or collapse of the cavity.
  • this phenomenon can however take place. This phenomenon corresponds precisely to a sudden and brutal separation of a natural or artificial structure with falling materials constituting the cavity.
  • the cavity (2) according to the invention has a vertical main circulation axis YY 'and comprises at least two fluids F1 and F2, of respective density D1 and D2, such that D1 is much lower than D2. These two fluids F1 and F2 are distributed in the cavity so as to occupy in their entirety each a volume VI and V2 respectively, said volumes VI and V2 respectively corresponding to a height H1 and H2 of the fluid F1 and F2 respectively in the cavity (2 ).
  • the density D1 of the first fluid F1 is less than 0.02 and the density of the second fluid is between 0.9 and 1.1.
  • the ideal case is the case where the fluid Fl is air and the fluid F2 of the water.
  • the density or relative density of the ballast is the ratio of its density to the density of a body taken as a reference.
  • the reference body is pure water at 4 ° C for liquids and solids.
  • the ballast density is determined with respect to the density of the fluids contained in the cavity (2) so that said weight is denser than said fluids so as to facilitate its descent into said cavity (2) without however, to modify the gain of production of electrical energy to the network (1).
  • compact means a structure consisting of a block of materials whose parts are closely interlocked and separate only with great difficulty.
  • the ballast is constituted by a block of materials comprising one or more materials whose parts are closely connected and / or tight and separate only very
  • the circulation cavity of the device according to the invention is constructed with a reinforced concrete structure or an attached structure, said structure being closed on itself.
  • the cavity (2) can be a mine shaft, reinforced either by reinforced concrete or any other structure giving it a solid and compact structure, resistant to the impact of very high energy, as the maximum energy corresponding to the free fall of the ballast.
  • the cavity (2) can also be a bush cavity.
  • the nozzles can be full or perforated.
  • the wall of the cavity (2) may in some cases be reinforced by a layer of elastic material, preferably elastomer.
  • the cavity may be cut in full rock and possibly reinforced by steel or brick or reinforced concrete siding or by metal casing or by any other type of materials having good physical property previously defined, including resistivity, compactness and strength.
  • the cavity (2) is designed and / or reinforced with materials of particular structures previously defined, capable of withstanding, whatever the circumstances, without risk a corresponding high energy shock at the maximum energy of drop of the ballast in the cavity (2).
  • a seismic study made it possible to evaluate the potential consequences, which are the destruction of the device and / or the walls and / or the bottom of the cavity (2) and the propagation of seismic waves resulting from the shock of the ballast in said cavity. case of malfunction or collision of the ballast with the wall of the cavity (2).
  • This study reveals that the cavity (2) must be designed with walls allowing it to store the maximum energy drop of the ballast in case of malfunction.
  • the cavity (2) is designed with a structure comprising sealed walls that can safely withstand a shock of very high energy corresponding to the maximum fall energy of ballast M in the cavity (2).
  • the cavity (2) further comprises a block (4) made of material, preferably of elastic material.
  • Said block (4) forming the bottom of the cavity (2) called the lower part PI is capable of storing all the fall energy of the ballast in said cavity (2).
  • the cavity (2) has a characteristic passage dimension d of at least 1 meter, preferably 6 meters or 10 meters.
  • C 3 ⁇ 4 is the drag coefficient
  • p is the density of the fluid F1 and / or F2 present in said cavity (2)
  • V r is the relative speed of the fluid relative to the ballast in said circulation cavity (2), S2 being defined previously.
  • the relative velocity of the fluid V r with respect to the ballast is a function that depends on three parameters: the ballast velocity, the fluid velocity and the capacity or volume of the fluid F1 and / or F2 in the cavity ( 2).
  • the braking coefficient J is defined as the ratio of the section S2 of the ballast on the section SI of the cavity (2).
  • the constant defined here depends generally on the density of the fluid F1 and / or F2, the drag coefficient C x of the ballast size, its density and the gravitational constant.
  • C x Being a parameter that depends in general on the geometry of the ballast.
  • FIG. 4a shows the variation curves of the safety factor Q (J) as a function of the braking coefficient J for speeds V of the weight M chosen.
  • the safety factor Q is defined as the ratio of the friction forces F1 and / or F2 to the weight of the ballast M.
  • the braking coefficient J is defined as the ratio of the section S2 of the ballast M to the ballast. SI section of the circulation cavity (2).
  • the ideal case is considered to be the case where the device operates normally without constraint.
  • the safety factor Q (V, J) is less than 1 for a given speed V of the ballast and the braking coefficient J is also less than 1.
  • the safety factor Q (V , J) or the braking coefficient J can not be greater than 1.
  • the safety factor Q (V, J) is close to 1 or tends to 1, the turbulences are all the more important and the device can not not work because the movement of the ballast M is slowed down by the surrounding fluid friction forces.
  • the braking coefficient J is close to 1 or tends to 1
  • the ballast can not be contained in the cavity, because its section is
  • the ballast M has a preferred shape allowing it to minimize all kinds of friction forces likely to influence its movement and / or trajectory.
  • This preferred form corresponds to a shape that has good aerodynamic and hydrodynamic properties, including a low hydrodynamic coefficient and low aerodynamic coefficient: coefficient of drag, lift and drift.
  • the ballast is designed with a hydrodynamic or aerodynamic shape adapted so that the hydrodynamic friction and / or aerodynamics applied to the ballast M by the Fl fluid and / or F2 contained in the cavity (2) are generally negligible and such that the Fl fluid and / or F2 contained in the cavity (2) can flow freely without to generate significant resistance forces, particularly the friction forces, during the movements of the ballast M in said cavity (2).
  • the ballast moves in the cavity (2), it behaves like a mobile moving in a medium where the hydrodynamic and / or aerodynamic forces are important, leading to a turbulent flow. It is therefore useful to define a particular form for ballast.
  • the contact surface or the front surface of the ballast must be lower than the rear surface of the ballast.
  • the ballast may have at the front a conical or ovoid shape.
  • aerodynamics and / or hydrodynamics play an essential role on details such as front and back or on the edges of the ballast M, where the drag coefficient can be greatly reduced thanks to a conical shape. or rounded to the front as can be seen in Figures 4e to 4j.
  • the shapes of the ballast are chosen so that the ballast has a low resistance to the viscous liquid. Indeed, said shapes chosen previously do not have flat faces and right angles that brake the ballast greatly during its descent into the fluid. In other words, the descent of the ballast is much faster. It is therefore clear that the ballast is designed with a hydrodynamic and / or aerodynamic shape adapted so that the fluid F and / or F2 contained in the cavity (2) can circulate freely without hindering the movements of said ballast in said cavity.
  • the chosen ballast profile has an aerodynamic coefficient and / or
  • hydrodynamic value less than 0.4, preferably a hydrodynamic coefficient and / or
  • the ballast has an ovoid profile with rounded edges.
  • the front part of the ballast is rounded or conical. Indeed, this form has much less friction in a fluid than a ballast M of cubic form. Therefore a low hydrodynamic and / or aerodynamic coefficient.
  • the typical profile of the weight M is modeled on the shape of a drop of water: the front is a kind of hemisphere or a cone that has an aerodynamic coefficient and / or hydrodynamic equal to 0.04.
  • the braking coefficient J defining the ratio S2 / S1
  • the friction forces between the ballast M and the ballast at least one of the fluids F1 and / or F2 is less than 0.7 of the weight of the ballast M when the device according to the invention operates normally, that is to say that the safety factor Q must be less than 0.7 .
  • the fluid F1 and / or F2 can circulate freely in the cavity (2) without interfering with the movements of the ballast in said cavity.
  • This braking coefficient J is also adapted so that the friction forces between the ballast M and at least one of the fluids F, F1 and / or F2 are greater than 0.7 of the weight of the ballast M in the event of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the lower portion PI forming a bottom, that is to say that the safety factor Q must be greater than 0.7.
  • Q tends to 1 in case of malfunction and / or excessive speed.
  • the fluid friction forces can equilibrate with the weight of the ballast, and the ballast is braked in the cavity (2) without causing a major disadvantage to the storage device according to the invention .
  • the safety factor Q is greater than 0.7, the friction forces become large and actively participate in braking the ballast in the cavity in the event of malfunction.
  • FIG. 4b shows the variation curves of the safety factor Q (V) as a function of the ballast speed M in the circulation cavity (2), for a chosen braking coefficient J.
  • These curves show that said safety factor Q (V) varies as a polynomial function, preferably of degree 2. They also show that an increase in the ballast speed causes an increase in said safety factor Q (V). It is therefore necessary to regulate and / or limit the ballast speed during its fall in the cavity (2) in order to prevent the friction forces from becoming greater and influence the movement of said ballast M.
  • the safety factor Q Q (V, J) is therefore a double variable function, whose variable is the ballast velocity V and the braking coefficient J.
  • This function Q Q (V, J), which defines the conditions
  • the operation of the energy storage device according to the invention, normal or abnormal operation, is the coupling of two variables which are: the ballast speed V and the braking coefficient J, this for a characteristic dimension of passage d of the cavity (2) of at least 1 meter, preferably 3 meters or 10 meters.
  • FIG. 4b also shows that for a braking coefficient J greater than 0.5 corresponding to a speed V of 9 m / s, the safety factor Q (V, J) representing the coupling V and J is substantially equal to 1
  • the safety factor Q (V, J) is also substantially equal to 1. It is clear that especially since the braking coefficient J is large, the friction forces are even more large. With this formulation, it is clear to define an operating mode of which the device according to the invention will function normally, since the recordings of the braking coefficient J and that of the speed V of the ballast are coupled.
  • This normal operating mode comprises three parameters dependent on each other: the ballast speed V, the braking coefficient J and the safety factor Q (V, J) representing the coupling of Q (V) and Q (J).
  • a matrix Q (V, J) formed by the components Ql and Q2 respectively corresponding to the measurement of the safety factor for each value constant V and the security factor for each constant J value.
  • a security factor Q corresponding to the coupling is determined which reflects the extent to which it is probable that the measurement pair (Q1, Q2) or a matching corresponding to the proper functioning or the malfunction of the storage device according to the invention.
  • Q a value of Q corresponding to a normal secure operation and the other parameters, in particular V and J adjust themselves: it is the co-univocity.
  • J is V and Q adjusts itself: it is the multiunivocity.
  • the safety factor Q Q (V, J) defining the normal and / or abnormal operation, is multiunivocal or co-univocal or multivocal, this for a characteristic passage dimension of at least 1 meter, preferably 3 meters or 10 meters.
  • Q is one-to-one or one-to-one or multi-write makes it possible to increase the amount of information available to define or ensure the proper functioning of the energy storage device according to the invention because all the possible combinations of the different values of V and J are taken into account to define a normal and optimal mode of operation. And also allows to inform and / or alert the operator and / or to trigger another diagnosis defined below in case of malfunction as detailed above taking into account the value of Q. So in normal operation, Q is less than 0.7, and in abnormal operation, Q is greater than 0.7, preferably time to 1.
  • the braking coefficient J is less than or equal to 0.4
  • the ballast speed is less than 6 meters per second
  • the safety factor is less than or equal to 0.7.
  • This pair of values is chosen in a multiunivocal or co-univocal or multivocal manner.
  • the fluid friction forces are generally negligible, ie the safety factor Q, being a multiunivocal or co-univocal function. or multivoque, must be a priori however less than 0.7 in normal operation, this for a characteristic passage dimension of at least 1 meter.
  • the average speed below 6 m / s chooses, allows to operate normally the device with a good gain in power output, preferably a speed less than or equal to 5 meters per second is chosen for greater security.
  • the safety factor Q (J) can, in certain cases, tend to 1 for a braking coefficient of the order of 0.4 as shown in Figure 4a. . This case of operation can be detrimental to the movement of the ballast in the cavity (2). For this reason it is chosen, in normal operation, a braking coefficient of less than 0.4.
  • the safety factor Q tends to 1 in case of malfunction.
  • the safety factor tends to 1.
  • the ballast is braked in the lower part of the cavity (2) for rest safely, with a suitable speed corresponding to the minimum energy that could support the cavity (2).
  • the value of the speed chosen as well as the values of the braking coefficient J and of the chosen safety factor Q, obeys the principle of multiunivocity or co-univocity of the function Q (V, J) and ensures the good operation of the storage device according to the invention in complete safety.
  • the security factor Q corresponding to the normal and abnormal operation of said energy storage device, being multi-univocal or one-to-one or multi-object, said Q factor being less than a predefined Qmin value in normal mode and to a value greater than Qmin in abnormal mode.
  • the circulation cavity (2) further comprises a section blank S3 located in the lower part of this cavity (2), a height H3.
  • This blank section S3 of the cavity (2) is intended to brake the ballast in case of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the lower portion P1.
  • This blank section S3 makes it possible to increase the fluid friction forces in the circulation cavity (2) or in this part of the circulation cavity (2), which results in a significant loss of the ballast speed M in this part of the cavity (2). Therefore, the ballast M is braked by the fluid Fl and / or F2 and can rest in the lower part PI forming a bottom safely, with a speed almost zero.
  • the blank section S3 is made of material or concrete or elastomer or the same material as the cavity (2). Said blank section S3 is introduced into the cavity (2) via a suitable groove or other means, which allows to slide easily without stress to the bottom of the cavity (2) as the shows figure 3.
  • the design structure of this previously defined blank section S3 is adapted to withstand a high energy shock corresponding to the maximum energy of the ballast M in the cavity (2). It also acts as a coating wall for the cavity (2) having dual function, the protective function against intense shocks and the braking function.
  • the entire cavity (2) can be reinforced by this blank section S3 throughout its length.
  • the ballast M and the blank section S3 comprises, one or more grooves for directing and / or guide the ballast M in said blank section S3 and said blank S3 in the cavity (2).
  • the ballast M can easily slide on the section of the cavity (2) section S3 safely to finish its course safely with a virtually zero speed on the lower part PI forming the bottom of the cavity (2 ).
  • the braking coefficient J1 which corresponds to the ratio S2 / S3, is adapted so that the friction forces between one of the fluids Fl and / or F2 present in this said lower part and the ballast M are sufficiently large in case of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the bottom portion PI forming a bottom. That is to say, the safety factor Q must be close to 1. As a result, the ballast M is braked before reaching the lower part P1. In these conditions, the friction forces will act as fluid. brake or restoring force to prevent the ballast M touches the lower part PI forming a bottom of the cavity (2), with excessive speed.
  • the braking coefficients J1 and J express the same thing at different depths or locations of the cavity (2).
  • the ballast speed may be largely excessive, for example greater than 9 meters per second.
  • the ballast M may have enough energy to destroy the lower part forming the bottom PI or cause an earthquake in the vicinity of the storage device, which could render the device unusable in the following. Therefore, it is expected that the lower part of the cavity is designed in a material that can withstand sufficiently large energies corresponding to the maximum fall energy of the ballast in said lower part forming the bottom Pl.
  • the bottom portion PI bottom forming is also reinforced by a block (4) of materials or elastomer, this to prevent destruction of said lower portion PI forming the bottom in case of malfunction and / or excessive speed of the storage device of energy according to the invention.
  • said lower portion PI forming the bottom comprises a block (4) of elastic material such as elastomer or hard material such as concrete.
  • This block (4) comprises holes for regulating the flow of the fluid when the ballast M approaches the lower part PI forming the bottom of the cavity (2).
  • This lower part forming the bottom PI is a previously defined block of material or a block of concrete deposited at the bottom of the cavity (2).
  • These blocks (4) of materials can be removable in the cavity (2) and comprise several holes for discharging the Fl fluid and / or F2 during its installation in the cavity (2) of circulation and when the ballast M is approaching in the lower part Pl.
  • These suitable materials have mechanical and thermodynamic performances adapted to the maximum energy of drop of the ballast in the cavity (2) so that they are capable of storing all the energy of the ballast M during his free fall in the cavity (2).
  • the block (4) of material constituting the lower portion PI forming the bottom of the cavity (2) may contain one or more grooves or have a braking coefficient which tends to 1, to install it easily at the bottom of the cavity (2). This means that the section of the block (4) is substantially equal to the section SI of the cavity (2).
  • the cavity (2) comprises at least two blocks (4) of elastic material and elastic suspension means (5).
  • the assembly blocks (4) and elastic suspension means (5) constitute an antivibration and / or shockproof elastic suspension system.
  • Said suspension system comprises one or more elastic blocks (4), for example blocks of elastomer, and one or more dampers (5), for example compression spring dampers and / or piston dampers.
  • the dampers are interposed between two blocks (4) elastic or concrete.
  • These blocks (4) are installed at the bottom of the cavity (2) via the rolling means, allowing said block to slide easily into the cavity or by any other means.
  • These rolling means may be wheels or grooves.
  • the blocks (4) are capable of absorbing the maximum energy corresponding to the fall of the ballast M into the cavity (2) or at the bottom of the cavity (2).
  • the two embodiments previously defined according to the invention mainly the device of FIG. 4c and / or 4d, have the advantage of effectively or totally eliminating the risks of destruction of the bottom of the cavity (2) and the risks of propagation. of seismic waves resulting from the impact of the ballast M with the bottom P and or the walls of the cavity (2), particularly in the event of malfunction and / or excessive speed.
  • the block (4) and the suspension means (5) dampens the forces of the ballast shocks M with the lower part forming the bottom of the cavity (2), and then stores the seismic waves and / or the maximum fall energy of the ballast M in said cavity (2) considerably reducing the seismic probabilities.
  • the device of FIG. 4c or of FIG. 4d may further comprise a section blank S3, not shown, situated in the lower part of this cavity (2) as in the case of Figure 3, a height H3.
  • This blank section S3 of the cavity (2) is still intended to brake the ballast in case of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the lower part Pl.
  • the device of FIG. 4c and of FIG. 4d can operate normally with or without the blank of section S3 in complete safety.
  • the ballast M comprises at least one orifice (6) and at least one means (7).
  • the means (7) is removable and is free to move along the axis ZZ 'on a portion of the orifice (6) via the rolling means or any other means and making a BETA angle greater than or equal to 5 degrees with the horizontal axis XX '.
  • the fluid Fl and / or F2 can be introduced freely into the lower part (point B) of the weight M through the orifice (6).
  • the pressure at point A noted PA is substantially equal to the pressure at point B noted PB, the security factor Q preferably less than 0, 7 and the braking coefficient and the ballast speed M are adapted according to the chosen value of the safety factor.
  • the pressure on the upper part A is substantially equal to the pressure on the lower part B.
  • the pressure PB at point B becomes different, preferably greater, than the pressure PA at point A.
  • This pressure variation being proportional to the ballast velocity M, allows the fluid present in the cavity ( 6) to move the means (7) to the outside of the ballast M, which makes it possible to increase the safety factor Q and the braking coefficient J and to reduce the ballast speed. In this way, the ballast M is slowed down and / or braked in the cavity (2) safely.
  • the pressure PA at A can be almost equal to the pressure PB at B and the means (7) can return to its previous state in the orifice (6).
  • the ballast M can then rest safely on the lower part PI of the cavity (2) or continue to produce electric power with a nominal speed
  • hydroelectromechanical allows the ballast M to regulate its movement as a function of the safety factor Q of the medium, the speed of said ballast M and the fluid Fl and / or F2.
  • hydromechanical or hydroelectromechanical comprises the means (7), the orifice (6) and the fluid Fl and / or F2.
  • the displacement of the means (7) is due to a thrust exerted by the fluid.
  • another embodiment of the invention is shown in Figure 4g and Figure 4h with the same purpose as that of Figures 4e, 4f, 4i, 4j. It differs from those of said figures in that the ballast M comprises at least one orifice (6) comprising a means (7), said orifice being placed in the upper part of the ballast M and not having a direct link with the point B. the opening and closing of the means (7) is governed by two pressure sensors placed at points A and B.
  • the ballast further comprises a pressure measurement sensor, a speed measurement sensor and / or altitude sensor.
  • the advantage of this alternative lies in the fact that the hydroelectromechanical system previously defined comprises embedded means integral with ballast M, said means being able to be controlled by different control means for operating the energy storage device according to the invention. .
  • the energy storage device comprises at least one or more cables C make it possible to connect the ballast M to one or more drums T.
  • the cable C is wound on the drum T.
  • the drum T has an axis of rotation XX 'fixed relative to the cavity not shown here. In this case the drum is held fixed by a blocking means preventing the ballast from moving. It is also possible to deposit the ballast on the ground to keep the ballast at rest without energy consumption.
  • the energy storage device comprises at least a first means comprising a locking and unlocking system of the drum T, said first means for maintaining the ballast inside the cavity ( 2) and / or on the platform P2 of said cavity (2) for a given time, as long as one wants, in stable equilibrium position at a given altitude without loss of potential energy and energy consumption .
  • This first means is perfectly ecological, that is to say without emission of greenhouse gases, because this means does not use a technique requiring the emission of carbon dioxide in the air.
  • said energy storage device further comprises at least one second means for increasing the altitude of the ballast M in the main traffic axis Y'Y, when the electrical energy of the network is abundant and available, in transforming the electrical energy of the network into potential energy of gravitation.
  • This second means is also perfectly ecological without emission of greenhouse gases.
  • This second means comprises at least one electric motor ME which makes it possible to transform the electric energy taken from the network (1) into potential gravitational energy by driving the drum T. As a result, the altitude of the ballast M increases when the energy Electric is abundant and available.
  • the device according to the invention also comprises a third means makes it possible to reduce the altitude of the ballast M in the main traffic axis YY 'when the network requires electrical energy, by transforming the potential gravitational energy of the ballast. M and possibly its kinetic energy into an electrical energy. The potential gravitational energy of the ballast M and possibly the kinetic energy thus transformed are supplied to the network.
  • This third way is also perfectly ecological without emission of greenhouse gases.
  • This third means comprises at least one GE generator mechanically connected to the drum T, which regulates the ballast speed M on the one hand and provides the network with the useful electrical power it needs on the other hand. To adapt the speed of rotation of the drum to the speed of rotation of the generator, the generator is mechanically connected to the drum via a gear train. This makes it possible to safely ensure the regulation of the ballast speed and the redistribution of electric power to the grid.
  • the energy storage device comprises a fourth means for measuring the altitude of the ballast M at least when this ballast M is close to the lower part P forming a bottom of the cavity (2 ).
  • This means is very useful because it prevents the ballast M reaches the bottom with a speed too high or excessive. It also prevents accidents or incidents due to poor background conditions of the circulation cavity (2).
  • the knowledge of the altitude of the ballast also makes it possible to know the total mass subjected to the acceleration of the gravity. Indeed the mass of the cable is not always negligible compared to the weight of the ballast M, especially when the ballast M is in a position close to the bottom. The total mass (ballast weight M + vertical cable weight) therefore increases as the ballast descends into the cavity.
  • the device according to the invention furthermore comprises a fifth means is a control means which makes it possible to control, in real time or deferred, the different first, second and third means mentioned above, depending on the abundance and the availability of the electrical energy of the network, the electrical energy required by the network and the altitude of the ballast M.
  • Said fifth control means comprises a computer which has the capacity to translate the instructions for defining:
  • the required acceleration time is substantially equal, in seconds, to the ratio of the power required in Watt divided by 80 times the weight of the ballast M expressed in kilograms. This relation must be balanced by the influence of the height of the cavity, by the influence of the friction and by the inertia of the pulleys.
  • TCL1 acceleration and / or Tcl2 is approximately equal at 1.2 s.
  • the device further comprises a very fast recovery energy accumulator, this accumulator is placed between the generator and the network.
  • ⁇ provides power to the network during TCL1 and / or TCL2 latency.
  • This latency time is the time required for at least one ballast M to arrive at the desired speed V in the first fluid Fl and / or V in the second fluid F2.
  • the speed is less than 6 m / s. This speed is chosen so that the security measures are optimal.
  • the device according to the invention also comprises a sixth means is a means embedded and secured to the ballast M, it comprises means of electronic and / or electromagnetic detections, and allows, in real time or deferred, a few meters from the ballast M, safely locate the different positions of the ballast M during its descent and / or climb in the cavity (2).
  • Said sixth means also makes it possible to identify in a safe manner the obstacles and / or the variations in density and / or pressure of the fluid F1 and / or F2 and / or the relative speed of the fluid F1 and / or F2 with respect to the weight M and to locally moderate the displacement of said weight M in the cavity (2).
  • the previously defined detection means also make it possible to moderate and control the speed of displacement of the ballast M during the passage of the fluid of density D 1 towards the fluid of density D 2 and vice versa during the passage of the fluid of density D 2 towards the density fluid D1, so that the change of medium takes place without violent impact, avoiding any deversion or overturning of the ballast M.
  • the device can operate safely in a complex medium comprising at least two fluids, for example the air and water, without prejudice to the movement of ballast M in the cavity (2).
  • the power can be regulated according to the needs of the network (1).
  • the cavity (2) may be an abandoned mine shaft adapted to the conditions defined above for this energy storage device according to the invention.
  • FIG. 5 shows the different movements and descending steps of the ballast M corresponding to a particular embodiment, defining a method of operation of the energy storage device according to the invention.
  • the different movements of the ballast M are driven by the fifth means and / or the sixth means.
  • the ballast M is at rest and it is maintained by the first means, for example on the platform P2 of the cavity (2), in stable equilibrium position at a given altitude, without loss of energy.
  • the first means releases the ballast M by releasing it without initial speed at this initial time T0.
  • This TCL1 acceleration time makes it possible to obtain the necessary electrical power redistributed to the network at time T 1.
  • the third means makes it possible to supply the network with the requested electric power until this time T2 is reached.
  • TVC1 T2-T1
  • time elapsed between T2 and T1 the movement of the ballast M is regulated at a speed adapted to provide the electrical power demanded by the network. For example, if the speed V is constant, then the electric power supplied to the network is constant and vice versa.
  • the power supplied during this time TVD is regulated with the movement of the ballast M and in some cases, if there is loss of power, these losses can be regulated so that the power supplied to the network remains almost constant during the time lapse RST.
  • the third means supplies the electric power network PU 'requested and this until time T5.
  • the ballast speed M is adapted to provide the electrical power required by the electrical network, for example if the power demand is constant, then the speed of descent will be constant and vice versa.
  • the fourth means and the sixth means detect the lower part of the cavity (2) and also the section S3 of said cavity (2).
  • the ballast M is braked and can either rest safely on the lower part forming the bottom PI, or stop in the lower part of the cavity (2).
  • the movement of the ballast M is governed in the first fluid by three types of movements between T0 and T3:
  • the movement of the ballast M is also governed by three types of movements between T3 and T6:
  • the storage device comprises between the ballast M and the drum T a pulley or a pulley train forming a hoist, in order to direct and / or reduce the tensile force present in the cable. Moreover, when the electrical energy of the network is abundant, the ballast M is raised by the second means until reaching the upper position of departure.
  • the device may further comprise a fast-retrieval energy accumulator.
  • This accumulator is placed between the generator and the network and provides power to the network during the latent time TCL1 and / or TCL2. This latency is the time required for the ballast M to arrive at the desired speed V and / or V.
  • FIG. 6a or 6b show a longitudinal section of a second preferred embodiment of the device according to the invention.
  • This device is, overall, substantially the same as that described in the previous figures.
  • the operating method of this second embodiment which is the subject of the present invention is generally the same as that described above.
  • the difference with the device described above lies in the fact that in this device, the assembly constituted by the cables, the pulley (s) is (are) replaced (s) by at least one fixed rack, fixed on the wall internal of the circulation cavity (2).
  • the rack is adapted to drive in rotation about a fixed axis relative to the weight M, a toothed wheel.
  • the gear wheel is connected to a motor and / or a generator which is placed and fixed on the ballast M or on the platform.
  • This device further comprises at least one mechanical assembly which makes it possible to avoid any tilt or rollover of the ballast M.
  • the blank of section S3 prevents the ballast M from reaching the lower part P1 forming a bottom of the cavity (2) and the ballast M is stopped safely without destroying the device according to the invention or without causing a local earthquake because all the seismic waves are stored by the blank section S3.
  • the S3 section blank is made of materials with good elastic properties or damping likely to withstand a shock of very high energy.
  • this section blank (3) can be designed with the same structure or material as the cavity (2). It can be made of elastic material such as elastomer so that it plays the role of shock absorber shockproof and antivibration.
  • Ball M may bounce without causing any damage to the circulation cavity (2) and without reaching the bottom of said cavity (2) while avoiding diffusing the vibrations. likely to cause an earthquake.
  • the storage device comprises two racks fixed on the inner walls of the circulation cavity (2).
  • Each of the racks used are adapted to drive in rotation about a fixed axis relative to the ballast M, each a toothed wheel.
  • This gear wheel is connected to a motor and / or a generator which is placed and fixed on the ballast M.
  • This device further comprises at least one electronic and / or mechanical means for synchronizing the movement of the gear wheels in order to avoid any cant or overturning of ballast M.
  • Figures 6c and 6d are longitudinal sections of a variant of the first two embodiments of the energy storage device according to the invention.
  • the cavity (2) has the shape of a valley or bowl, inclined at an angle ALFA relative to the vertical axis.
  • the cavity (2) is not a well (or a tower), but a natural or artificial bowl adapted to the previously defined safety conditions and standards.
  • This cavity (2) which is a very large natural or artificial bowl is filled with two fluids, water and air, for example. This is the case for example of a marine or oceanic pit or a deep lake.
  • the control system and all other means associated with the device are on a floating platform, anchored or placed on a neighboring background or stabilized by a dynamic means and the ballast M can perform its movement as defined in the first preferred embodiment or according to an ALFA angle inclined plane as previously defined.
  • a blank section S3 is placed in the lower part PI forming a bottom of the bowl not shown here.
  • the bottom portion PI forming the bottom is reformed by a block of materials also not shown here. This form and this lower part
  • PI forming the bottom are adapted to safely and safely support a shock of high energy corresponding to the maximum energy drop ballast.
  • This lower part can be designed with the materials or features previously defined in the other embodiments.
  • the ballast M rests on a low-friction device such as wheels for example, and can flow freely on an inclined surface.
  • the return of the ballast M to the initial position can be done by another path than that of the descent. This possibility mainly makes it possible to significantly improve the continuity of the energy recovery.
  • the angle ALFA can be between 0 and 85 ° but, without limitation, it is between 30 and 80 °. Therefore, a fall of the mass can generate sufficient power and necessary to supply the energy needs of the network (1).
  • Figure 7 is a longitudinal section of a third preferred embodiment of the device object of the present invention.
  • the device according to this embodiment has the same structural and functional characterizations as the previous embodiments. It differs from the other embodiments in that it comprises a cavity (2) further comprising another cavity (3) of section S4 located in the lower part of the cavity (2).
  • Said cavity (3) has a height H4 and comprises holes of section greater than 3 cm square on its lateral surface and at least one fluid with a density of at least less than 1.1.
  • the lower part forming the bottom of this said cavity (3) denoted by P3 is made of materials, in particular the previously defined materials, preferably of material capable of storing all the maximum fall energy of the ballast M in this said cavity (3 ).
  • the bottom of the cavity (3) and / or the cavity (3) is (are) made of elastic material such as elastomer.
  • a braking coefficient J2 is defined, which corresponds to the ratio S2 / S4.
  • this braking coefficient J2 like J1 and J, is adapted so that the friction forces between one of the fluids Fl and / or F2 present in the cavity (3) and the ballast M are
  • the safety factor Q Q (V, J2) must be sufficiently large, preferably greater than or equal to 1.
  • the cavity (3) is able to withstand without risk a shock very high energy corresponding to the maximum energy of fall of said ballast M.
  • the sixth onboard means integral with ballast M which comprises detection means, can locally locate and moderate the displacement of the ballast M in the cavity (2) and / or in the cavity (3).
  • the ballast M can then be braked in the cavity (3) safely without destroying the storage device according to the invention and rests in the lower part forming the bottom P3 of said cavity (3) safely.
  • FIG 8 is a longitudinal section of a fourth preferred embodiment of the energy storage device according to the invention.
  • This embodiment is the same as the previous modes. It differs from the other embodiments in that the cavity (3) is mobile and can move at the desired moment in the cavity (2) without disrupting the movement of the fluid Fl and / or F2, respecting of course the safety conditions defined in the previous embodiments.
  • the storage device according to the invention comprises one or more holes, preferably a hole located in its lower part, having the same function as the holes on the device of FIG. 7.
  • the cavity (3) is maintained equilibrium in the cavity (2) floating in the area where the density of the fluid is important, particularly close to the lower part PI so that the sixth means detects easily.
  • the density of this cavity (3) is adapted so that it can easily float in the fluid Fl and / or F2.
  • this cavity (3) it is used to receive the ballast at a certain altitude and to direct it safely towards the bottom part forming the bottom while effectively braking it.
  • the lower part PI forming the bottom can receive a sufficiently weak shock and damped, thus avoiding destroying the storage device in case of malfunction and / or excessive speed and / or bringing the ballast closer to the lower part.
  • the braking coefficient J3, defined as the ratio S4 / S1 is adapted such that the safety factor Q (V, J3) tends to 1 in the absence ballast M in the cavity (3) of section S4 and so that the safety factor is between 0.7 and 1 in the presence of the ballast M in said cavity (3) of section S4.
  • the ballast M braked in the cavity (3) of section S4 can rest safely in said cavity (3) and in the lower part PI and / or P3 forming the bottom of the cavity (2) and / or the cavity (3).
  • the cavity (3) can be made of dense material or of elastic material or foam or any other material having good characteristics adequate for the proper operation of the storage device according to the invention.
  • FIG 9 is a longitudinal section of a fifth preferred embodiment of the device object of the present invention.
  • the device according to this embodiment has the same structural and functional characterizations as the previous embodiments.
  • This device differs from these aforementioned embodiments in that this device comprises several weights Ml, M2, M3, ... of equal or different mass. These weights are stored at the top of the circulation cavity (2). These ballasts are actuated one after the other in the same circulation cavity according to the electrical needs of the network (1), thereby increasing the total energy redistributable network.
  • the ballast comprises, as shown in FIGS. 4i and 4j, a bore 8 making it possible to store the masses one after the other more efficiently while respecting a linear stack.
  • the weights are stored at the top of the cavity (2), especially on the platform in bores or pockets (10) so that they remain stable in case of bad operation or vibratory disturbance of the middle surface, including an earthquake.
  • the pockets or bores (10) being made of concrete or elastomer.
  • the weights M1, M2, M3,... can be actuated simultaneously without collision, thus respecting a latency time between two successive or consecutive weights.
  • This latency time being sufficient to stack the weights one after the other at the bottom of the cavity (2).
  • This simultaneous action makes it possible to increase the redistributable power to the network and the weights can not collide with each other during the descent.
  • the device further comprises at least two or more cavities (2).
  • Said cavities (2) each comprise piloting means and at least one or more weights.
  • the control means of all the cavities (2) are coordinated to continuously supply the energy to the network and / or a larger energy and / or a greater instantaneous power supplied to the network.
  • all the cavities (2) comprising at least one ballast work simultaneously.
  • the cavities (2) comprising at least one ballast work one after the other.
  • Figure 10 or Figure 12 is a cross section of a sixth preferred embodiment of the device object of the present invention.
  • the circulation cavity (2) comprises at least three weights Ml, M2, M3, respective sections S21, S22, S23. They are distant from each other by dl2, dl3 and d23. These weights can move at the same time or in deferred manner in the cavity (2) safely, respecting all the operating conditions of the device as defined in the previous embodiments. Other additional safety conditions are added such as the braking coefficient J4 which corresponds to the ratio (S21 + S22 + S23) / S1 and the ratios d2 / d, d23 / d, d1 3 / d which correspond to the coefficients of load exchange.
  • each exchange coefficient is equal to 0.3 or 0.2.
  • the safety factor Q (V, J4) is less than 0.7 in normal operation, that is to say that the friction forces between one of the fluids Fl and / or F2 present in the cavity (2) are less than 0.7 of the weight of the ballast M.
  • a braking coefficient J5 corresponding to the ratio (S21 + S22 + S23) / S3 is also adapted so that the friction forces between one of the fluids F 1 and / or F 2 present in the part bottom of the cavity (2) and the ballast Ml, M2, M3 are sufficiently large in case of malfunction and / or excessive speed and / or bringing the lower part forming a bottom PI, so that said ballast Ml, M2 M3 is braked before reaching the lower part PI. That is to say that the safety factor Q (V, J5) must be tend to 1 in the event of malfunction and / or excessive speed and / bringing the lower part forming a bottom PI closer together.
  • the first ballast Ml is released first, the second ballast M2 is released with a delta delay relative to the first ballast and the third ballast M3 is released with a delay. delta2 compared to the first ballast. Delta and delta2 can vary between 0 and a few seconds so that one can control the device to provide sufficient electrical power and necessary for the operation of the network (1).
  • the total power supplied by this method can be regulated according to the needs of the network (1), for example the total power can remain constant, whatever the movement of one of the weights, such as the stop and / or deceleration and / or acceleration and / or uniform rectilinear motion.
  • the first ballast Ml is in the second fluid, its energy production is cut off so that it gains speed again to reach a chosen nominal operating speed. . Meanwhile, the production of electric power is generated by the weights M2 and M3. This choice is supported by the fact that it is more convenient and safe that the three weights do not cross the second fluid at the same time, because the friction forces can become more important.
  • the other two ballasts M2 and M3 are slowed down to reach zero speed and only the weight ballast Ml product an electric power useful to the needs of the network.
  • the ballast Ml is braked and the movement of the ballast M2 becomes accelerated to reach a chosen nominal speed necessary to produce electric power sufficient.
  • the three weights perform the same movements.
  • the second ballast movement has a delay delta3 with respect to the first ballast and that of the third ballast has a delay delta4 with respect to the first ballast and / or ballast.
  • ballast Ml is reassembled, then during the power production electric by the ballast 3, the ballast 2 is reassembled. This repeats the production cycle of nominal power necessary for the proper functioning of the electrical network.
  • the electric power is produced with the weights M2 and M3 with a regulated power so that a resistive torque resulting compensates the initial acceleration, which would allow produce electric power with the ballast Ml.
  • This power is lower than that corresponding to a resistive torque that compensates for the initial acceleration.
  • This power can be incrementally increased by maintaining a non-zero acceleration, particularly at a positive value.
  • the cavity (2) further comprising at least two rails or two slides (10) firmly fixed to the internal structure of said cavity (2) allowing move the ballast or ice the ballast in the circulation cavity.
  • each ballast further comprising at least two wheels, said wheels having an axis of rotation secured to the ballast and being capable of moving on at least one rail (10).
  • the cavity comprises at least two weights, preferably three weights and at least two rail supports (11), preferably three rail supports (11). each rail support (11) comprising two rails (10). In this way, it is possible to slide three weights in the same cavity on different and well defined trajectories.
  • the device further comprises at least 2 N C cables of the same nature or of different nature, N being a natural whole number, preferably 16 cables C, connected to at least one rudder (12) balancing the forces on all the cables, said spreader (12) being connected to at least one mechanical hooking means (13) for releasing or maintaining the weight of the spreader (12), said lifter and / or said means mechanical being guided by a set of at least 2 wheels.
  • the device further comprises at least one mobile drum T on the platform.
  • This makes it possible to support the weight of the ballast, because it is directly distributed on the different cables. This also allows the drum T to move easily and control the different weights. Also, in case of breakage of a cable, the ballast can be always maintained by other cables.
  • the ballast comprises a mechanical attachment means (14) serving as attachment point or ballast attachment with the mechanical attachment means (13).
  • These hooking means may be spit or any other attachment means known in other areas of mechanics.
  • the ballast at a density of at least 3 or between 3 and 10 so that it can easily flow in the fluid Fl and / or F2.
  • the cavity has a diameter d of at least 3 meters or 10 meters.
  • Another embodiment of the invention consists in coupling the energy storage device according to the invention with a power plant for generating electricity, for example a wind turbine power station at sea.
  • a power plant for generating electricity for example a wind turbine power station at sea.
  • the electricity produced by the offshore or onshore wind power plant is transformed by a voltage booster or amplified by the storage device to transport it on a consumer network power required to supply the network.
  • the invention solves the aforementioned problems by providing an energy efficient global recoverable energy storage device comprising:
  • At least one compact and dense weight M of section S2 having a density of at least 1 and at least a mass of 10,000 kilograms
  • At least one circulation cavity (2) defining a mobility range of the ballast M, said cavity (2) having a height H of at least 20 m, a characteristic passage dimension d of at least 1 m, preferably 10 m, a section S 1 limiting the internal medium, a lower portion P 1 forming a bottom, an accessible upper part P2 open on a platform, said cavity (2) having a main axis of circulation YY 'and comprising at least one fluid F,
  • At least one cable C making it possible to connect the ballast M to at least one drum T and at least one first means comprising a locking and unlocking system for the drum T, said first means making it possible to keep the ballast inside the drum; cavity (2) or on the platform of said cavity (2) for a given time, in equilibrium position at a given altitude without loss of potential energy,
  • At least one second means comprising at least one electric motor ME making it possible to transform the electrical energy taken from the electrical grid (1) into potential gravitational energy by driving the drum T, said second means making it possible to increase the altitude of the ballast M when the electrical energy of the network is abundant and available,
  • At least a third means comprising at least one electric generator GE, said generator being mechanically connected to the drum T and regulating the speed of the ballast M on the one hand and supplying the network with the electrical power which it needs else on the other hand, said third means making it possible to reduce the altitude of the ballast M when the network requires electrical energy, by transforming the potential gravitational energy and possibly the kinetic energy of the ballast M into an electrical energy, said potential energy of gravitation and possibly the transformed kinetic energy being supplied to the network,
  • At least one fifth real-time or deferred control means comprising a computer for controlling the first, second and third means mentioned above, according to the abundance and availability of the electrical energy of the network, the electrical energy required by this network and the position of the ballast M.
  • the previously defined cavity (2) is designed and / or reinforced with materials of particular and complex structure capable of withstanding without risk a high-energy shock corresponding to the maximum energy of fall of said ballast M into said cavity (2),
  • the ballast M previously defined has a hydrodynamic and / or aerodynamic shape adapted so that, in normal operation, the hydrodynamic and / or
  • aerodynamic applied on said ballast M by the fluid F are generally negligible and such that the fluid F contained in the cavity (2) can circulate, in general, freely without significantly impeding the movements of said ballast M in said cavity ( 2).
  • the safety factor Q corresponding to the normal and abnormal operation of said energy storage device, whether multiunivocal or co-unambiguous or multivocal, said Q factor being less than a predefined Qmin value in normal mode and a value greater than Qmin in abnormal mode.
  • the cavity (2) has a characteristic passage dimension d of the cavity (2) of at least 1 meter, preferably 6 meters or 10 meters.
  • the cavity (2) comprises at least a first fluid F1 and a second fluid F2, of respective density D1 and D2, such that D1 is much smaller than D2, said fluids F1 and F2 being distributed in the cavity so as to occupy respectively in each of them a volume VI and V2 corresponding to a height H1 and H2 respectively;
  • the cavity (2) comprises in its lower part at least one antivibration and / or shockproof elastic suspension system, said system is installed at the bottom of the cavity (2) by means of rolling means allowing said system to slide easily in said cavity (2) so that in the event of cable rupture and / or malfunction and / or excessive speed, said system is capable of absorbing the maximum energy corresponding to the fall of ballast M in said cavity (2);
  • the braking coefficient J is adapted so that the safety factor Q is less than 0.7 in normal operation and / or said braking coefficient J is adapted so that the safety factor Q is greater than 0.7 , preferably tends to 1, in case of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the lower part PI;
  • the ballast M comprises a hydromechanical or hydroelectromechanical system
  • said hydromechanical system comprises at least one means (7) and at least one orifice (6) placed in the lower part of the ballast M, the means (7) being free to move in a part of the orifice (6) under the effect of a thrust force exerted by the fluid;
  • the safety factor Q of the medium, the speed V of the ballast M are coordinated with said hydromechanical or hydroelectromechanical system to allow the ballast M to regulate and / or slow down its movement as a function of the safety factor Q of the medium, the speed of said M weight and fluid Fl and / or F2.
  • the ballast comprises a bore or pocket (8)
  • the platform comprises a bore or pocket (9) necessary to store the masses
  • the cavity (2) further comprises a section S3 located in the lower cavity portion (2), on a height H3, and the braking coefficient Jl is adapted so that the safety factor Q in this section S3 is sufficiently important in the event of malfunction and / or excessive speed and / or bringing the lower part closer together
  • the cavity (2) further comprises another cavity (3) of section S4 located in the lower part of said cavity (2), on a height H4, said cavity (3) comprises one or more holes of section greater than 3 centimeters squares on its lateral surface and at least one fluid density at least less than 1, 1, and / or the braking coefficient 32 is adapted so that the safety factor Q in said cavity (3) is sufficiently large in case of bad operating and / or excessive speed and / or approaching the lower part PI so that said weight M is braked before reaching the lower part PI by discharging a certain amount of fluid F, Fl and / or F2 in said holes , said cavity (3) being designed with suitable and particular materials likely to withstand without risk a shock of very high energy corresponding to the maximum energy drop said ballast M in said cavity (3).
  • the cavity (3) is removable, comprises a hole located in its lower part and can move at the desired moment in the cavity (2) without infringing the movement of the fluid F, Fl and / or F2, and said cavity (3) is maintained in equilibrium in the cavity (2) floating in the area where the density of the fluid is large, preferably close to the lower part forming a bottom PI, said cavity (3) allows to receive the ballast to a certain altitude and direct it safely towards the lower PI forming a bottom while effectively braking it.
  • the device further comprises at least one sixth means embedded and secured to the ballast M, said means comprises electronic detection means and / or
  • said detecting means allow in real time or deferred, a few meters from the ballast M, to safely identify the various positions of the ballast M during its descent and its rise, to identify safely obstacles and / or the variations in density and / or pressure of the fluid F, Fl and / or F2 and / or the relative speed of the fluid F, Fl and / or F2 relative to the weight M and locally moderating the displacement of said weight M in the cavity (2) and / or in the cavity (3) and / or said detection means allow to control the ballast speed M during the passage of the density fluid Dl to the density fluid D2 and vice versa so that the change of the medium is carried out safely.
  • the calculator of the fifth control means has a capacity to translate the setpoints makes it possible to define, in the first fluid, the initial time T0 for which the first means will be actuated and for which at least one ballast M will be released, the time TCL1 acceleration of at least one ballast M, the power redistributed to the network from the instant Tl at the end of the acceleration, the time TVC1 during which the speed of descent will be controlled by the third means to have a speed adapted to the power demanded by the network, the deceleration time TVD during which the speed of at least one ballast M will be adapted to cross the second fluid F2 safely, TCL2 acceleration time of at least one ballast M in the second fluid, the TVC2 time during which the lowering speed will be controlled by the third means to have a speed adapted to the power demanded by the network in the second fluid, a time TF during which speed will be driven to return to zero speed;
  • the device further comprises a very fast recovery energy accumulator, said accumulator is placed between the generator and the network and provides power to the network during the latent time TCL1 and / or TCL2, said latency time being the time required for at least one ballast M to arrive at the desired speed V or V,
  • said speed is less than 6 meters per second.
  • the device comprises several weights of equal or different masses, stored at the top of the circulation cavity (2), said weights are put into action one after the other in the same circulation cavity, according to the electrical needs of the network (1 ), thus making it possible to increase the total redistributable energy and / or the instantaneous power supplied to the network, and / or said device furthermore comprises a plurality of circulation cavities (2), said cavities each comprise piloting means and at least one or more weights, said driving means are coordinated to provide a shorter response time and / or higher energy and / or greater instantaneous power to the network; the cavity (2) comprises at least three weights M1, M2, M3 of respective sections S21, S22, S33 spaced from each other by dl2, d13, and d23, said weights can move at the same time or so deferred in said cavity;
  • the braking coefficient J4 is adapted so that the safety factor in the cavity (2) is greater than 0.7, preferably tends to 1, in case of malfunction and / or excessive speed and / or approximation of the lower part PI, and / or said safety factor Q is less than 0.7 in normal operation and / or the coefficient of braking J5 is adapted so that the safety factor Q in this said lower part is sufficiently important in case of malfunction and / or excessive speed and / or approaching the lower part PI, preferably greater than or equal to 1, of such that said ballast M is braked before reaching the lower part PI;
  • the cavity (2) further comprises at least two rail supports (11), preferably three rail supports (11), each rail support (11) comprising two rails or two rails fixed firmly to the internal structure of said cavity (2)
  • the ballast further comprises at least two wheels, said wheels having an axis of rotation secured to the ballast and being able to move on at least one rail.
  • the device further comprises at least 2 N cables, N being a natural integer, preferably 16 cables, connected to at least one load balancing balancer on all the cables, said lifter being connected to at least one mechanical means of hooking to release or maintain the balance of the rudder, said rudder and / or said mechanical means being guided by a set of at least 2 wheels;
  • the device further comprises at least one mobile drum T on the platform.
  • the cavity (2) is a substantially vertical mine pit or a natural or artificial basin.
  • the device is coupled with a power plant such as an offshore or onshore wind power plant.
  • a power plant such as an offshore or onshore wind power plant.
  • the invention also makes it possible to solve the problems mentioned above by proposing a method of storage of recoverable energy with a high overall energy efficiency, making it possible to take electrical energy on a network (1) when it is abundant and available on this network. network (1), redistributing electrical energy to the network (1) when it needs it, said method for operating the device according to any one of the preceding embodiments.
  • the cycle of accumulation and restitution of electrical energy can be controlled according to the following steps:
  • step a) as soon as the electrical energy is abundant and available on the network, the second means increases the altitude of the ballast M in the main traffic axis or in another way by transforming the electrical energy of the network into energy potential of gravitation, if said abundant and available electrical energy allows it, the ballast M is raised to its maximum altitude, on the platform P2 for example, said ballast M thus having acquired a potential energy of gravitation, this said energy being able to be restituted in whole or in part later,
  • step b) at least one weight M is maintained by the first means, for example on the platform P2 of the cavity (2), in a stable equilibrium position, at a given altitude, without loss of energy,
  • step d) from this moment T1 the third means makes it possible to supply the network with the requested electrical power PU and this up to the instant T2, the speed of said ballast being adapted to provide the electrical power demanded by the network for example if the power demand is constant then the descent rate will be constant, the elapsed time between T2 and T1 being equal to TVC1,
  • the sixth means detects the second fluid and the ballast movement is controlled for a period of time equal to TVD so that the speed at time T3 is adapted to allow the ballast to cross the second fluid safely, preferably at a speed V3 less than V at time T3.
  • step g) from this moment T4 the third means supplied to the network (1) the requested electrical power PU 'and this up to the instant T5, the speed of said ballast being adapted to supply the power demanded by the network, for example, if the power demand is constant, then the speed of descent will be constant, the time elapsed between T5 and T4 being equal to TVC2,
  • the fourth means and the sixth means detect the lower part of the cavity (2) and / or the cavity (3) and the ballast movement is controlled for a period of time equal to TF so that the speed of said ballast at time T6 becomes zero,
  • step i) when several cycles of electricity production to the network have been made and as soon as electricity is abundant and available on the network, we return to step a).
  • said method comprises at least two weights M1, M2, the first ballast M1 is released first, the second ballast is released with a delay delta t with respect to the first ballast and in that the total power supplied by said ballast method can be regulated according to the needs of the network (1), in particular the total power can remain almost constant, whatever the movement of one of the weights, such as stopping and / or deceleration and / or the acceleration and / or uniform rectilinear motion and during the ascent of a ballast.
  • ballast M it is advantageous for said method to allow the ballast M to regulate and / or to slow down its movement in the event of a malfunction and / or excessive speed and / or bringing the lower part PI closer together in the following manner:
  • the pressure PA in normal operation the pressure PA is substantially equal to the pressure PB, the safety factor Q is less than 0.7 and the braking coefficient is adapted as a function of the safety factor and the ballast speed M.
  • the pressure PB is different from the pressure PA, preferably greater than the pressure PA, and / or when the safety factor Q tends towards 1 during the abnormal operation, preferably greater than 0.7, the fluid F1 and / or F2 present in the orifice (6) exerts a strong thrust force on the means (7),
  • the means (7) moves towards the outside of the orifice causing an increase in the safety factor Q and the braking coefficient J and / or J1 and / or J2 and / or J3, preferably a lower braking coefficient or equal to 1, followed by a decrease in the ballast speed M, when the ballast speed returns to normal and / or when the pressure PA becomes substantially equal to the pressure PB, the means (7) returns to its initial position and the ballast M can produce a nominal power to the network or rest safely in the lower part PI forming the bottom of the cavity (2) and / or (3).
  • the movement of the ballast M is governed in the first fluid by three types of movements between T0 and T3:
  • the movement of the ballast M is also governed by three types of movements between T3 and T6:
  • the energy storage device uses simple techniques and means. So we see that it is possible to industrialize a device and define a process to store a large amount of energy when it is abundant and cheap on a network and redistribute with great speed and a great power to the network when it needs it, and this, at low cost and in an ecological way.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif sûr, écologique et réactif de stockage de grandes quantités d'énergie récupérable, à haut rendement énergétique global, permettant de prélever de l'énergie électrique sur un réseau lorsque l'énergie électrique est abondante et disponible sur ce réseau, et redistribuant de l'énergie électrique au réseau lorsque l'énergie électrique vient à manquer. Le dispositif comprenant principalement un lest compact et dense, ledit lest ayant une forme hydrodynamique et aérodynamique adaptée, une cavité de circulation susceptible de supporter une énergie correspondant à l'énergie maximale du dit lest dans ladite cavité, ledit lest pouvant évoluer selon l'axe principal de circulation dans ladite cavité, ledit dispositif comprenant en plus des moyens de prélèvement et de récupération d'énergie et des moyens de pilotage. Un coefficient de freinage et un facteur de sécurité sont définis et adaptés en fonction de la nature du mouvement du lest dans la cavité de circulation. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au stockage d'énergie électrique.

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE STOCKAGE ÉCOLOGIQUE D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE RÉCUPÉRABLE À HAUT RENDEMENT ÉNERGÉTIQUE GLOBAL
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de stockage écologique d'énergie électrique permettant de prélever et d'accumuler de l'énergie électrique d'un réseau, puis de redistribuer cettedite énergie au réseau lorsqu'il en a besoin de façon à équilibrer l'offre et la demande.
Cette invention a plus particulièrement comme objet la récupération, le stockage et la restitution d'énergie électrique.
Elle a aussi plus particulièrement pour objet le stockage d'énergie sous forme d'énergie potentielle de gravitation et la restitution d'énergie cinétique et d'énergie potentielle de gravitation résultant de la perte d'altitude d'un lest.
Elle s'applique notamment au stockage et à la fourniture de grandes quantités d'énergie électrique, dans un temps relativement court.
Elle convient tout à fait, également, à la fourniture d'énergie pour compenser les pics de consommation électrique.
Elle concerne également et plus particulièrement un dispositif de stockage d'énergie potentielle d'un lest à haut rendement utilisant une cavité de circulation insensible aux chocs engendrés par un lest dans cettedite cavité tout en évitant que lesdits chocs provoquent une perturbation de l'environnement où est conçu le dispositif, notamment un éventuel tremblement de terre ou une éventuelle destruction des équipements.
L'invention se rapporte plus particulièrement au domaine de stockage d'énergie potentielle de pesanteur.
Actuellement, l'énergie électrique est utilisée pratiquement partout, dans tous les domaines. Les besoins énergétiques en électricité croissent régulièrement d'année en année. Les utilisateurs sont peu contraints dans leur utilisation de la ressource électrique. Il s'en suit des demandes très variables. Des pics de consommation apparaissent et sont très difficiles à couvrir par les moyens existants. De plus, les énergies renouvelables constituent une ressource aléatoire, sans couplage avec le besoin.
Le stockage d'énergie est donc un enjeu primordial qui devient de plus en plus important.
Pour les états, l'indépendance énergétique est stratégique et économiquement essentielle. Pour les individus, les collectivités et les entreprises, une énergie disponible à la demande, stable et sans coupure inopinée est également indispensable.
Même pour un producteur d'énergie électrique le stockage peut être primordial. En réalité, ce qu'on appelle couramment et économiquement production d'énergie n'est pas physiquement de la production, mais de la transformation d'un stock d'énergie dit primaire, accumulé sous une forme physique stable (charbon, eau stockée en hauteur, matière fissile ...), en une énergie directement distribuable sur le réseau électrique.
Ainsi l'invention propose un stockage qui consiste à constituer un stock d'énergie potentielle de gravitation à partir d'énergie dont on n'a pas usage immédiat. Le but est de pouvoir en disposer plus tard, lorsque la demande sera plus importante. Cela est en particulier indispensable quand l'énergie immédiatement disponible est variable dans le temps, comme c'est le cas des énergies renouvelables intermittentes (solaire, éolienne) ou lors des pics de consommation.
L'opération de stockage d'énergie est toujours associée à l'opération inverse, consistant à récupérer l'énergie stockée (le déstockage). Ces deux opérations de stockage/déstockage constituent un cycle de stockage. À la fin d'un cycle, le système de stockage retrouve son état initial
(idéalement "chargé en énergie"). On a alors régénéré le stock. Le rendement global d'un cycle correspond au rapport entre la quantité d'énergie récupérée sur la quantité d'énergie que l'on a cherché initialement à stocker. En effet, chacune des deux opérations de stockage et de déstockage induit invariablement des pertes d'énergie. Une partie de l'énergie initiale n'est pas réellement stockée et une partie de l'énergie stockée n'est pas réellement récupérée. Le rendement d'un cycle de stockage d'énergie dépend grandement de la nature du stockage et des processus physiques mis en œuvre pour assurer les opérations de stockage et de déstockage.
Le stockage est directement lié à l'usage qu'on fait de l'énergie.
La combustion étant l'usage énergétique le plus courant, le stockage de combustible est aussi le plus développé. Tous les États disposent de stocks stratégiques de pétrole. Même en excluant ces éléments fossiles, il faut rappeler l'importance pratique du bois-énergie dont on fait des stocks pour l'hiver et le développement des biocarburants.
Longtemps avant la découverte des énergies fossiles, il y avait des formes de stockage d'énergie déjà disponibles : le bois à brûler, les briquettes de tourbe, les barrages hydrauliques, afin de satisfaire les besoins à tout moment de la journée et pendant l'année.
Le stockage sous forme d'énergie potentielle hydraulique (par remontée d'eau en amont des barrages quand il y a surproduction d'électricité) est déjà utilisé pour la régulation et l'équilibrage des réseaux électriques. C'est une solution qui améliore l'équilibrage entre l'offre et la demande et la disponibilité des énergies renouvelables. Malheureusement, ces solutions existantes ont un rendement global faible et un temps de réponse dépassant plusieurs dizaines de rninutes.
À plus faible échelle, le stockage d'énergie en vue de la production d'électricité
(électrochimique dans les piles et les batteries, électrique dans les condensateurs) est bien moindre en terme de quantité d'énergie stockée, mais permet de développer des puissances importantes en un temps très court.
Le stockage de la chaleur existe également. Au-delà de l'usage du cumulus, des habitations de grande inertie thermique (murs épais, bonne isolation) permettent de lisser les variations quotidiennes de température et de diminuer les besoins de chauffage et de climatisation permettant des économies directes. Une autre forme de stockage thermique est l'utilisation de matériaux à changement de phase dans les bâtiments ou pour accumuler l'énergie solaire thermique de chauffe-eau solaires individuels. Les matériaux à changement de phase permettent de lisser la production d'énergie fournie par le soleil (gratuite) et d'augmenter la capacité de stockage grâce à leur grande densité énergétique volumique. À l'échelle industrielle, on peut stocker la chaleur solaire dans des réservoirs avant la production d'électricité, pour lisser l'apport solaire ; ce type d'usage est marginal en volume, mais est une voie intéressante de recherche dans le cadre d'une production électrique par une centrale solaire thermodynamique.
Le stockage mécanique est une disposition souvent nécessaire dans les moteurs, sous forme de volant d'inertie, pour régulariser le mouvement à des très courtes échelles de temps inférieures à la seconde. H n'est pratiquement pas utilisé pour le stockage à long terme, car les quantités d'énergie stockées sont trop faibles.
Il existe également des volants d'inertie tournant à grande vitesse dans une cavité où on a fait le vide.
Aujourd'hui, avec l'émergence de technologies nouvelles, il existe de nombreuses technologies permettant de stocker de l'énergie restituable. Malgré les avantages que ces technologies existantes peuvent offrir, elles ont toutes des inconvénients. On peut citer à titre d'exemple :
les batteries rechargeables sont relativement chères en terme de coût de possession, car elles doivent être changées régulièrement et doivent être remplacées après un nombre de cycles charges/décharges limité et elles ne sont pas neutres pour l'environnement ;
les systèmes capacitifs, qui ne peuvent pas accumuler de grande quantité d'énergie ;
les systèmes dits « à volant d'inertie » dont la capacité reste limitée et qui utilisent des composants de hautes technologies qui rendent ces systèmes relativement chers, surtout quand on rapporte le coût d'achat à la puissance fournie ;
les systèmes à air comprimé qui n'ont pas un rendement suffisant ;
les systèmes hydrauliques composés de pompes et turbines, avec des réservoirs de stockage, qui ont également un rendement très faible.
Dès que l'on parle du développement généralisé des énergies renouvelables, on est confronté aux critiques concernant l'intermittence du soleil et du vent. En effet, il est difficile de nier qu'un soir d'hiver sans vent, au moment du pic de consommation, les sources d'énergie solaire et éolienne peuvent être nulles.
On connaît également du document FR 2 929 659 qui est un dispositif de stockage d'énergie mécanique de manière illimitée dans le temps comprenant un lest relié à un arbre dont la rotation conduit à une montée ou à une descente d'un lest. Malheureusement, ce dispositif ne comprend pas une cavité de circulation dans laquelle le lest peut se déplacer librement.
De la publication US 20110241354 est connu un dispositif de stockage d'énergie potentielle comprenant au moins un lest d'au moins 1 tonne susceptible de se déplacer dans une cavité, de préférence une cavité de forme courbe, notamment un puits de forage, tout en évitant un bourrage du lest sur les parois de ladite cavité, ladite cavité comprenant des liquides tels que l'eau ou le pétrole.
On connaît le document WO 2009100211 et le document DE 10037678, qui présentent chacun un dispositif et un procédé de stockage de l'énergie potentielle de pesanteur d'un lest utile par exemple pour stocker l'énergie produite pendant les heures creuses et/ou de l'énergie générée à partir de sources renouvelables, telles que le vent et le soleil ou pour déplacer des objets sur des profondeurs susceptibles de fonctionner sur terre et dans un environnement aquatique, notamment dans un puits de mine ou dans la mer. Ces dispositifs de stockage comprennent un lest en matériau dense d'au moins 100 tonnes, suspendu par un lien, par exemple un câble. Ce lest peut se déplacer sous l'effet de la gravité dans une cavité suivant un axe vertical ou incliné d'une première position d'élévation vers une seconde position d'élévation sur une trajectoire d'au moins 200 mètres. Ces dits dispositifs de stockage comprennent aussi un générateur d'énergie électrique et des moyens de commande couplés à un opérateur conçu pour faire fonctionner la liaison afin de déplacer de manière contrôlable le lest, ce qui permet de fournir de l'électricité au réseau lors du déplacement du lest de la première position d'élévation vers une seconde position d'élévation en transformant l'énergie potentielle de gravitation en énergie électrique lorsque le réseau le demande et de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau en énergie potentielle de gravitation lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible.
On connaît également le document WO 2010/049492 qui présente un dispositif
électromécanique de stockage d'énergie qui permet de stocker à partir de sources d'énergie renouvelables de l'énergie en fonction des besoins du réseau. Ce dispositif est connecté électriquement à une source d'énergie. Ce dispositif comprend un lest de masse comprise entre 500 et 1000 tonnes susceptible de se déplacer sur une trajectoire d'au moins 100 mètres et permet de stocker de l'énergie. Il comprend en outre un générateur électrique, un moteur électrique et des moyens de commande couplés à un opérateur. Comme dans les documents précédemment cités, ce dispositif permet de fournir de l'électricité au réseau lors du déplacement du lest de la première position d'élévation vers une seconde position d'élévation en transformant l'énergie potentielle de gravitation en énergie électrique lorsque le réseau le demande et de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau en énergie potentielle de gravitation lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible.
Les dispositifs et procédés précédemment cités, notamment le document US 2011/0241354, WO 2009/100211, DE 10037678 et WO 2010/ 049492 apportent une solution sur la manière de stocker de l'énergie, particulièrement sous forme d'énergie potentielle de gravitation, en fournissant de l'énergie pour compenser les pics de consommation électrique. Malheureusement, ces dispositifs et procédés associés présentent comme principaux inconvénients majeurs :
Risque d'éboulement et/ou d'un tremblement de thèse relative à un mauvais ou
dysfonctionnement du dispositif, caractérisé par une insuffisance de moyens optimums de sécurité permettant de fournir des conditions de sécurité suffisantes et nécessaire pour que la cavité puisse résister à un choc de grande énergie correspondant à la chute libre ou un choc du lest sur les parois de la cavité. En effet, la masse du lest étant importante et la structure de la cavité n'étant pas définie, un mauvais fonctionnement et/ou une vitesse excessive et/ou un rapprochement de la partie inférieure ou des parois de la cavité seraient à l'origine de la destruction complète du dispositif de stockage. De tels inconvénients peuvent entraîner un tremblement de terre dans la zone d'exploitation du dispositif de stockage, ayant des conséquences néfastes pour les structures environnantes et/ou sur ledit dispositif de stockage, paralysant ainsi lesdits dispositifs de stockage d'énergie, ce qui pourrait les rendre inutilisables. Ainsi dans le cas critique de la rupture d'un ou plusieurs câbles suspendant le lest, deux conséquences majeures sont identifiables dont on peut citer : la destruction du dispositif et la propagation d'ondes sismiques résultant du choc entre le lest et les parois de la cavité.
Amplification de l'énergie résultat de la chute du lest dans le cas critique de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure.
En effet, à des profondeurs considérables, un gradient de température apparaît entre la plateforme et l'intérieur de la cavité. À 3 mètres ce gradient de température est d'environ 2 degrés Celsius.
La vitesse du fluide contenu dans la cavité peut être supérieure à 3 mètres par seconde. La forme du lest n'est pas adaptée pour faire fonctionner le dispositif de façon optimal. En effet, il n'est pas prévu une forme privilégiée au lest lui permettant de minimiser toutes sortes de forces de frottements susceptibles d'influencer son mouvement, car les forces de frottements fluides peuvent être plus ou moins importantes selon les environnements, cesdites forces peuvent influencer suffisamment la trajectoire et/ou le mouvement du lest, ce qui pourrait avoir des conséquences néfastes sur le gain de production d'énergie électrique. Dans ces documents, le lest à une forme rectangulaire ou cylindrique ou oblong. Cette forme est inadaptée avec un dispositif de stockage d'énergie susceptible se mouvoir dans un fluide résistif, de préférence un fluide visqueux, car, pour cettedite forme définie au lest selon ces documents précédemment cités, la force fluide n'est pas prise en compte et semble être forte pour modifier le fonctionnement du dispositif et/ou le gain de production. Ceci étant, les faces planes et les angles droits définissant le lest participe activement au freinage du lest lors de sa descente dans la cavité.
Le procédé de fonctionnement du dispositif décrit dans ces documents ne semble pas adapter pour le faire fonctionner dans un milieu complexe et/ou hétérogène comprenant au minimum deux fluides tels que l'eau et l'air, qui représente les conditions habituelles de fonctionnement, notamment des puits de mine abandonnés. En effet, le procédé défini dans ces documents n'est pas configuré pour faire fonctionner le dispositif dans de telles configurations, car le procédé divulgué n'est pas en mesure de piloter les différents mouvements du lest dans le cas d'un milieu comprenant au moins deux fluides de densités différentes. Le mouvement du lest serait opposé aux frottements fluides, rendant le mouvement dudit lest difficile, ce qui pourrait avoir des conséquences néfastes sur la sécurité et le fonctionnement du dispositif dans l'ensemble.
- En fonctionnement normal, la vitesse de descente du lest semble trop excessive pour éviter tout devers ou dysfonctionnement du dispositif. En effet, en fonctionnement normal, le dispositif de stockage selon le document DE10037678, fonctionne à une vitesse de 10 m/s. Cette vitesse parait excessive par le fait que, dans les conditions où la cavité comprend au moins deux fluides Fl et/ou F2, les forces de frottements fluides peuvent devenir trop importantes et influencer le mouvement du lest dans la cavité de circulation. De ce fait, le contrôle du lest par l'opérateur devient inopérant.
Dans la description qui suit, les termes listés ci-après auront la définition suivante :
Écologique : sans émission des gaz à effet de serre.
Forme hydrodynamique : qualifie l'apparence de la forme d'un corps en mouvement dans un fluide et sa résistance à l'avancement.
Forme aérodynamique : qualifie l'apparence de la forme d'un corps en mouvement dans l'air et sa résistance à l'avancement.
Multiunivoque: une liaison où à plusieurs éléments d'un ensemble correspond un élément et un seul de l'autre ensemble. Exemple pour un couple (x, y) d'un ensemble correspond un élément et un seul z de l'autre ensemble.
Co-univoque : une liaison où à chaque élément d'un ensemble correspond plusieurs éléments de l'autre ensemble. Exemple pour un élément x d'un ensemble correspond les éléments y et z de l'autre ensemble.
multivoque : une liaison où plusieurs éléments d'un ensemble correspondent plusieurs éléments de l'autre ensemble. Exemple pour les éléments x et t d'un ensemble correspond les éléments y et z de l'autre ensemble.
A cet effet, l'invention vise donc à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif et un procédé de stockage écologique d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global, permettant de prélever de l'énergie électrique sur un réseau de distribution lorsque l'énergie électrique est abondante et disponible sur ce réseau, redistribuant de l'énergie électrique au réseau lorsque cedit réseau en a besoin, ledit réseau comprenant au moins un générateur d'énergie électrique, au moins un consommateur d'énergie électrique et au moins une ligne électrique.
L'invention permet également de proposer un procédé sécurisé de fonctionnement du dispositif de stockage écologique d'énergie selon l'invention.
Un but de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé de stockage écologique d'énergie sécurisé remédiant totalement aux inconvénients évoqués et connu de l'art antérieur. L'invention a pour objet un dispositif de stockage écologique d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global comprenant :
au moins un lest M compacte et dense, de section S2, ayant une densité au moins égale à 1, de préférence une densité égale à 4, et au moins une masse de 10000 kg,
- au moins une cavité de circulation, définissant un domaine de mobilité du lest M, cette cavité a une hauteur d'au moins 20 m, une dimension caractéristique de passage d d'au moins 1 m, de préférence 3 ou 10 m, une section SI limitant le milieu interne, une partie inférieure PI formant un fond, une partie supérieure P2 accessible ouverte sur une plateforme. La cavité a un axe principal de circulation YY' et comprend au moins un fluide F, au moins un câble C qui permet de relier le lest M à au moins un tambour T et à au moins un premier moyen qui comprend un système de blocage et de déblocage du tambour T. Ce premier moyen permet de maintenir le lest à l'intérieur de la cavité ou sur la plateforme de ladite cavité pendant un temps donné, en position d'équilibre à une altitude donnée sans perte d'énergie potentielle,
- au moins un deuxième moyen qui comprend au moins un moteur électrique ME qui permet de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau électrique en énergie potentielle de gravitation en entraînant le tambour T. Ce deuxième moyen permet d'augmenter l'altitude du lest M lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible,
au moins un troisième moyen qui comprend au moins une génératrice électrique GE. Cette génératrice est connectée mécaniquement au tambour T et assure la régulation de la vitesse du lest M d'une part, et fournit au réseau la puissance électrique dont il a besoin d'autre part. Ce troisième moyen permet de diminuer l'altitude du lest M lorsque le réseau demande de l'énergie électrique, en transformant l'énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique du lest M en une énergie électrique, ladite énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique transformée sont fournies au réseau,
au moins un quatrième moyen qui permet de mesurer l'altitude du lest M au moins lorsque ledit lest est proche du fond de la cavité,
au moins un cinquième moyen de commande en temps réel ou différé, comprenant un calculateur qui permet de piloter les premier, deuxième et troisième moyens précédemment cités, en fonction de l'abondance et de la disponibilité de l'énergie électrique du réseau, de l'énergie électrique demandée par ce réseau et de la position du lest M.
Avantageusement, ladite cavité précédemment définie est susceptible de supporter sans risque un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute du lest M dans ladite cavité. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le lest M précédemment défini a une forme hydrodynamique ou aérodynamique adaptée de telle sorte que, en fonctionnement normal, les frottements hydrodynamiques et/ou aérodynamiques appliqués sur ce lest M par le fluide F soient en général négligeables de manière à ce que le fluide F contenu dans la cavité puisse circuler librement sans gêner les mouvements du lest M dans ladite cavité.
Avantageusement, la cavité de circulation du dispositif selon l'invention comprend au moins une structure en béton armé ou une structure rapportée, ladite structure étant refermée sur elle-même.
L'invention proposée permet de résoudre simultanément les différents problèmes précédemment définis tels que :
l'utilisation des ressources énergétiques lorsque ces énergies sont peu coûteuses et disponibles ;
le stockage d'une grande quantité d'énergie pendant un temps long sans perte d'énergie ; - la restitution de l'énergie accumulée avec un bon rendement global, dans un temps dont la durée est adaptable et en une ou plusieurs fois ;
un grand nombre de restitutions possibles (cycles) couvrant les besoins pour une longue période de temps ;
une puissance instantanée restituable importante ;
- un coût d'installation faible,
un coût de possession minimal pendant une longue période de temps (prix minimal de possession vis-à-vis de l'énergie restituable et prix minimal vis-à-vis de la puissance maximale restituable),
et un impact environnemental minimal même au démantèlement de l'installation, - une fiabilité contre tout risque de choc ou collision du lest avec les parois ou le fond de la cavité,
la fourniture de puissance électrique au réseau lors d'un pic de demande,
l'absorption de puissance du réseau lors d'un surplus de puissance fournie pas le réseau, lissage de la puissance électrique fournie par les génératrices d'énergie renouvelable telle que les éoliennes et les panneaux solaires.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, quelques modes de réalisation de ce dispositif selon l'invention dans lesquelles :
- La figure 1 est une coupe latérale A-A de la partie haute d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 2 ou la figure 3 est une coupe longitudinale d'un premier mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 4a montre des courbes de variation du facteur sécurité en fonction du coefficient de freinage pour différentes valeurs de la vitesse du lest choisies ;
- La figure 4b montre des courbes de variation du facteur sécurité en fonction de la vitesse du lest dans la cavité de circulation pour différentes valeurs du coefficient de freinage ; La figure 4c est une coupe longitudinale d'une variante du premier mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 4d est une coupe longitudinale d'une autre variante du premier mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 4e et la figure 4f sont des coupes longitudinales d'un lest selon l'invention ;
La figure 4g et la figure 4h sont d'autres coupes longitudinales d'un lest selon l'invention ; La figure 4i et la figure 4j sont également d'autres coupes longitudinales d'un lest selon l'invention ;
La figure 5 est une séquence de descente représentant un procédé de fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention ;
- La figure 6a ou 6b est une coupe longitudinale d'un deuxième mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 6c est une coupe longitudinale d'une variante du premier et deuxième mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
- La figure 6d est une coupe longitudinale d'une autre variante des deux premiers modes préférés de réalisation selon l'invention ;
La figure 7 est une coupe longitudinale d'un troisième mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 8 est une coupe longitudinale d'un quatrième mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 9 est une coupe longitudinale d'un cinquième mode préféré de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 10 est une coupe transversale d'un sixième mode préféré de réalisation du dispositif selon invention ;
- La figure 11 est une coupe longitudinale d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention ;
La figure 12 est une coupe transversale d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention.
En référence à la figure 1 qui est une coupe latérale A-A de la partie haute d'un premier mode de réalisation du dispositif selon invention, le dispositif conforme à l'invention comprend un moteur électrique ME qui permet de prélever de l'énergie électrique sur un réseau (1) de distribution lorsque l'énergie électrique est abondante et disponible sur ce réseau (1), cette énergie est stockée dans le dispositif de stockage. Cettedite énergie est redistribuée par un générateur électrique GE au réseau (1) ou éventuellement à un autre réseau lorsque cedit réseau (1) ou éventuellement l'autre réseau en a besoin. Ce dispositif est écologique, car il n'émet pas les gaz à effet de serre.
La figure 2 ou la figure 3 montre un dispositif de stockage d'énergie selon un premier mode de réalisation du dispositif de stockage selon invention. Dans cet exemple non limitatif de réalisation du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention, le dispositif comprend au moins un lest M, compact et dense, de section S2. Ce lest a une densité par rapport à l'eau au moins égale à 1 de façon à stocker une masse importante dans un petit volume. Le lest choisi a une masse d'au moins 10000 kg. Il est fait en matériaux dense tels que l'acier au carbone, l'acier au tungstène, l'acier inox, bronze, ciment, diamant, fer, laiton, mercure, nickel, or, titane, zinc, platine. De préférence, la densité du lest par rapport à l'eau est de l'ordre de 5.
Selon l'invention, le lest peut se déplacer dans la cavité (2) de circulation suivant une direction YY' de façon à ce que cette cavité de circulation définie un domaine de mobilité du lest M. La cavité (2) a une hauteur H d'au moins 20 m, une dimension caractéristique de passage d d'au moins 1 m, de préférence 10 m, une surface SI limitant le milieu interne, une partie inférieure PI formant un fond, une partie supérieure P2 accessible, ouverte sur une plateforme P2. La dimension caractéristique de passage d de la cavité dépend de deux paramètres qui sont : la vitesse du lest ou du fluide contenu dans la cavité, la surface S2 du lest. De ce fait, il est possible d'écarter tout risque d'éboulement résultant d'une vibration sévère environnante.
Un éboulement est un effondrement ou un écroulement de la cavité. Dans le cas où la cavité est un puits de mine abandonné ou plus en activité, ce phénomène peut toutefois avoir lieu. Ce phénomène correspond précisément à une désolidarisation soudaine et brutale d'une structure naturelle ou artificielle avec chutes des matériaux constituants la cavité.
La cavité (2) selon l'invention a un axe principal de circulation YY' vertical et comprend au moins deux fluides Fl et F2, de densité respective Dl et D2, tels que Dl soit très inférieure à D2. Ces deux fluides Fl et F2 sont répartis dans la cavité de manière à occuper en totalité chacun un volume VI et V2 respectivement, ces dits volumes VI et V2 correspondant respectivement à une hauteur Hl et H2 du fluide Fl et F2 respectivement dans la cavité (2).
De manière générale, la densité Dl du premier fluide Fl est inférieure à 0,02 et la densité du deuxième fluide est comprise entre 0,9 et 1,1. Le cas idéal est le cas où le fluide Fl est de l'air et le fluide F2 de l'eau.
Par définition, la densité ou densité relative du lest est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. De manière générale, il est connu que le corps de référence est l'eau pure à 4°C pour les liquides et les solides.
Selon l'invention, la densité du lest est déterminée par rapport à la densité des fluides contenus dans la cavité (2) de telle sorte que ledit lest soit plus dense que lesdits fluides de façon à faciliter sa descente dans ladite cavité (2) sans pour autant modifier le gain de production d'énergie électrique au réseau (1).
En entend par compact, une structure constituée par un bloc de matériaux dont les parties sont étroitement serrées et ne se séparent que très difficilement.
Selon l'invention, le lest est constitué par un bloc de matériaux comprenant un ou plusieurs matériaux dont les parties sont étroitement liées et/ou serrées et ne se séparent que très
difficilement. La cavité de circulation du dispositif selon l'invention est construite avec une structure en béton armé ou une structure rapportée, ladite structure étant refermée sur elle-même.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la cavité (2) peut être un puits de mine, renforcé soit par du béton armé ou toutes autres structures lui conférant une structure solide et compacte, résistant au choc de très grande énergie, comme l'énergie maximale correspondant à la chute libre du lest. La cavité (2) peut être aussi une cavité busée. Les buses peuvent être pleines ou perforées. La paroi de la cavité (2) peut être dans certains cas renforcée par une couche de matériau élastique, de préférence en élastomère.
Dans le cas de puits de mine en inactivité ou de tout autre puits creusé, la cavité peut être taillée en pleine roche et éventuellement renforcée par des parements en acier ou en brique ou en béton armé ou par des cuvelages métalliques ou par tout autre type de matériaux ayant de bonne propriété physique précédemment définies, notamment de résistivité, de compacité et de solidité.
Par la formulation ou la conception précédemment définie, il est clair que la cavité (2) est conçue et/ou renforcée avec des matériaux de structures particulières précédemment définis, susceptible de supporter, quelque soit les circonstances, sans risque un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute du lest dans la cavité (2).
Une étude sismique a permis d'évaluer les conséquences potentielles, qui sont la destruction du dispositif et/ou des parois et/ou du fond de la cavité (2) et la propagation d'ondes sismiques résultant du choc du lest dans ladite cavité en cas de mauvais fonctionnement ou de collision du lest avec la paroi de la cavité (2). Cette étude révèle que la cavité (2) doit être conçue avec des parois lui permettant d'emmagasiner l'énergie maximale de chute du lest en cas de mauvais fonctionnement. Comme évoqué au paragraphe précédent, la cavité (2) est conçue avec une structure comprenant des parois étanches susceptibles de supporter sans risque un choc de très grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute du lest M dans la cavité (2).
Dans certains cas, la cavité (2) comprend en outre un bloc (4) en matériau, de préférence en matériau élastique. Cedit bloc (4) formant le fond de la cavité (2) appelé partie inférieure PI, est susceptible d'emmagasiner toute l'énergie de chute du lest dans ladite cavité (2). De ce fait, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochements importants de la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2), le lest pourrait heurter la paroi interne de la cavité (2) sans pour autant endommager ladite cavité tout en évitant un possible tremblement de terre dans la zone d'exploitation du dispositif.
Avantageusement, la cavité (2) a une dimension caractéristique de passage d d'au moins 1 mètre, de préférence 6 mètres ou 10 mètres.
Une étude faite sur les frottements fluides a permis de définir deux paramètres de sécurité importants, qui sont : le facteur de sécurité Q et le coefficient de freinage J. Cette étude a permis aussi de définir une vitesse nominale de fonctionnement du dispositif de stockage selon l'invention.
De façon empirique, dans la cavité de circulation (2) comprenant un fluide Fl et/ou F2, les forces de frottements fluides sont définies par la relation suivante : f = 2 P x -Cxx S2 x Vr 2
où C¾ est le coefficient de traînée, p est la masse volumique du fluide Fl et/ou F2 présent dans ladite cavité (2) et Vr est la vitesse relative du fluide par rapport au lest dans ladite cavité de circulation (2), S2 étant défini précédemment.
Quand le lest est engagé dans la cavité (2) pour produire une puissance donnée, une turbulence s'établit entre le lest M et le fluide Fl et/ou F2 entraînant une augmentation significative des forces de frottements fluides dans cette dite cavité (2). Dans ces conditions, la vitesse relative du fluide Vr par rapport au lest est une fonction qui dépend de trois paramètres : la vitesse du lest, la vitesse du fluide et de la capacité ou volume du fluide Fl et/ou F2 dans la cavité (2).
À partir des relations de conservation de débit, il est possible de déterminer le facteur de sécurité noté Q. Ledit facteur de sécurité est défini comme étant le rapport des forces de frottements fluides sur le poids du lest. Ce facteur de sécurité dépend particulièrement de deux paramètres : la vitesse V du lest M dans la cavité (2) et du coefficient de freinage J, tel que Q = Q (V, J). Le coefficient de freinage J est défini comme étant le rapport de la section S2 du lest sur la section SI de la cavité (2).
Après quelque itération de calcul mathématique, le facteur de sécurité s'écrit alors :
V2
Q = Q (V, J) = constante χ——
La constante définie ici dépend de manière générale de la masse volumique du fluide Fl et/ou F2, du coefficient de traînée Cx de la taille du lest, de sa densité et de la constante de gravitation. Cx Étant un paramètre qui dépend de manière générale de la géométrie du lest.
La figure 4a montre les courbes de variations du facteur de sécurité Q(J) en fonction du coefficient de freinage J pour des vitesses V du lest M choisit. Le facteur de sécurité Q est défini comme étant le rapport des forces de frottements Fl et/ou F2 sur le poids du lest M. On rappelle que le coefficient de freinage J est défini comme étant le rapport de la section S2 du lest M sur la section SI de la cavité de circulation (2). Ces courbes montrent qu'une augmente de la vitesse V du lest M entraine une augmente la pente de la courbe traduisant la variation du facteur de sécurité Q (J) en fonction du coefficient de freinage J.
Selon l'invention, le cas idéal est considéré comme étant le cas où le dispositif fonctionne normalement sans contrainte. Dans ce cas idéal, le facteur de sécurité Q (V, J) est inférieur à 1 pour une vitesse V donnée du lest et le coefficient de freinage J est également inférieur à 1. Car dans la pratique, le facteur de sécurité Q (V, J) ou le coefficient de freinage J ne peut pas être supérieur à 1. Lorsque le facteur de sécurité Q (V, J) est proche de 1 ou tend vers 1, les turbulences sont d'autant plus importantes et le dispositif ne peut pas fonctionner, car le mouvement du lest M est freiné par les forces de frottements fluides environnants. De même, lorsque le coefficient de freinage J est proche de 1 ou tend vers 1, le lest ne peut être contenu dans la cavité, car sa section est
sensiblement égale à la section de la cavité. En d'autres termes, lorsque le facteur de sécurité Q (V, J) est tend vers à 1 ou lorsque cedit facteur de sécurité approche la valeur Q = 1 , les frottements, notamment fluides, deviennent de plus en plus importants et peuvent avoir des conséquences néfastes sur les mouvements du lest M. En effet, les forces de frottements fluides peuvent influencer la trajectoire et/ou le mouvement du lest dans la cavité, ce qui conduit à des conséquences néfastes sur le gain de production de puissance électrique au réseau et sur les mesures nécessaires de sécurité prévues pour un bon fonctionnement du dispositif de stockage selon l'invention. Il est donc prévu que le lest M ait une forme privilégiée lui permettant de minimiser toutes sortes de forces de frottements susceptibles d'influencer son mouvement et/ou sa trajectoire. Cettedite forme privilégiée correspond à une forme qui présente de bonnes propriétés aérodynamiques et hydrodynamiques, notamment un faible coefficient hydrodynamique et faible coefficient aérodynamique : coefficient de traînée, de portance et de dérive.
Pour éviter que cesdites forces de frottements fluides, qui peuvent être dans certains cas importantes, n'influencent suffisamment la trajectoire et/ou le mouvement du lest M, le lest est conçu avec une forme hydrodynamique ou aérodynamique adaptée de telle sorte que les frottements hydrodynamiques et/ou aérodynamiques appliqués au lest M par le fluide Fl et/ou F2 contenu dans la cavité (2) soient en général négligeables et de telle sorte que le fluide Fl et/ou F2 contenu dans la cavité (2) puisse circuler librement sans engendrer des forces résistantes significatives, particulièrement les forces de frottements, lors des mouvements du lest M dans cette dite cavité (2). En effet, lorsque le lest se déplace dans la cavité (2), il se comporte comme un mobile se déplaçant dans un milieu où les forces hydrodynamiques et/ou aérodynamiques sont importantes, conduisant à un écoulement turbulent. Il est donc utile de définir une forme particulière au lest. Pour cela, la surface de contact ou encore la surface avant du lest doit être plus faible que la surface arrière du lest. Typiquement, le lest peut avoir à l'avant une forme conique ou ovoïde. En d'autres termes, Paérodynamisme et/ou l'hydrodynamisme joue un rôle essentiel sur des détails comme à l'avant et l'arrière ou sur les bords du lest M où on peut fortement réduire le coefficient de traînée grâce à une forme conique ou arrondie à l'avant comme on peut le voir sur les figures 4e à 4j.
Selon l'invention, les formes du lest sont choisies de façon à ce que le lest présente une faible résistance au liquide visqueux. En effet, lesdites formes choisies précédemment ne possèdent pas des faces planes et des angles droits qui freinent le lest grandement lors de sa descente dans le fluide. En d'autres termes, la descente du lest est beaucoup plus rapide. Il est donc clair que le lest est conçu avec une forme hydrodynamique et/ou aérodynamique adaptée de telle sorte que le fluide F et/ou F2 contenus dans la cavité (2) puissent circuler librement sans gêner les mouvements dudit lest dans ladite cavité. Le profil du lest choisi a un coefficient aérodynamique et/ou
hydrodynamique inférieur à 0,4, de préférence un coefficient hydrodynamique et/ou
aérodynamique de l'ordre de 0,04.
Avantageusement, le lest a un profil ovoïde avec des bordures arrondies. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la partie avant du lest est arrondie ou conique. En effet, cette forme présente beaucoup moins de frottements dans un fluide qu'un lest M de forme cubique. Donc un faible coefficient hydrodynamique et/ou aérodynamique.
Selon l'invention, le profil typique du lest M est calqué sur la forme d'une goutte d'eau : l'avant est une sorte de demi-sphère ou un cône qui présente un coefficient aérodynamique et/ou hydrodynamique égal à 0.04.
En tenant de la structure et de la forme du lest et des calculs portés sur la figure 4a et 4b, le coefficient de freinage J, définissant le rapport S2/S1 est adapté de telle sorte que les forces de frottements entre le lest M et au moins un des fluides Fl et/ou F2 soient inférieures à 0,7 du poids du lest M lorsque le dispositif selon l'invention fonctionne normalement, c'est-à-dire que le facteur de sécurité Q doit être inférieur à 0,7. De ce fait, le fluide Fl et/ou F2 peut circuler librement dans la cavité (2) sans pour autant gêner les mouvements du lest dans cettedite cavité.
Ce coefficient de freinage J est aussi adapté de telle sorte que les forces de frottements entre le lest M et au moins un des fluides F, Fl et/ou F2 soient supérieurs à 0,7 du poids du lest M en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI formant un fond, c'est-à-dire que le facteur de sécurité Q doit être supérieur à 0,7. De préférence, Q tend vers 1 en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive. En effet, lorsque Q tend vers 1, les forces de frottements fluides peuvent s'équilibrer avec le poids du lest, et le lest est freiné dans la cavité (2) sans pour autant causer un inconvénient majeur au dispositif de stockage selon l'invention. De même lorsque le facteur de sécurité Q est supérieur à 0,7, les forces de frottements deviennent importantes et participent activement au freinage du lest dans la cavité en cas de mauvais fonctionnement.
La figure 4b montre les courbes de variations du facteur de sécurité Q(V) en fonction de la vitesse du lest M dans la cavité (2) de circulation, pour un coefficient de freinage J choisi. Ces courbes montrent que ledit facteur de sécurité Q(V) varie comme une fonction polynôme, de préférence de degré 2. Elles montrent également qu'une augmentation de la vitesse du lest entraine une augmentation dudit facteur de sécurité Q(V). Il est donc nécessaire de réguler et/ou de limiter la vitesse du lest lors de sa chute dans la cavité (2) afin d'éviter que les forces de frottements deviennent plus importantes et influencent le mouvement dudit lest M.
Le facteur de sécurité Q = Q(V, J) est un donc une fonction à double variable, ayant pour variable la vitesse du lest V et coefficient de freinage J. Cette fonction Q = Q(V, J), qui définit les conditions de fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention, fonctionnement normal ou anormal, est le couplage de deux variables qui sont : la vitesse du lest V et le coefficient de freinage J, ceci pour une dimension caractéristique de passage d de la cavité (2) d'au moins 1 mètre, de préférence 3 mètres ou 10 mètres.
La figure 4b montre également que pour un coefficient de freinage J supérieur à 0,5 correspondant à une vitesse V de 9 m/s, le facteur de sécurité Q (V, J), représentant le couplage V et J est sensiblement égal à 1. Pour un coefficient de freinage J de 0,35 correspondant à une vitesse est égale à 14 m/s, le facteur de sécurité Q (V, J) est aussi sensiblement égal à 1. On voit bien que d'autant que le coefficient de freinage J est grand, les forces de frottements sont d'autant plus grandes. Par cette formulation, il est clair de définir une mode de fonctionnement dont lequel le dispositif selon l'invention devra fonctionnement normalement, car les enregistrements du coefficient de freinage J et celui de la vitesse V du lest sont couplés. Ainsi, Il est choisi, à partir des calculs théoriques non représentés ici tenant compte du profil ou de la forme hydrodynamique et/ou aérodynamique du lest et de toute sorte des contraintes susceptibles d'influencer le mouvement du lest, un mode de fonctionnement normal. Ce mode de fonctionnement normal comprend trois paramètres dépendants les uns des autres : la vitesse du lest V, le coefficient de freinage J et le facteur de sécurité Q (V, J) représentant le couplage de Q(V) et Q(J).
On représente par Ql = Q(J) les mesures selon la figure 4a et Q2 = Q(V) les mesures selon la figure 4b. Pour déterminer les conditions de fonctionnement normal et anormal, en toute sécurité, du dispositif selon l'invention, on considère une matrice Q (V, J) formée par les composantes Ql et Q2 correspondant respectivement à la mesure du facteur de sécurité pour chaque valeur de V constant et à la mesure du facteur de sécurité pour chaque valeur de J constant.
Pour chaque paire de mesure (Q 1 , Q2) de la matrice Q(V, J), est déterminé un facteur de sécurité Q correspondant au couplage qui reflète la mesure dans laquelle il est probable que la paire de mesure (Ql, Q2) soit un appariement correspondant au bon fonctionnement ou au mauvais fonctionnement du dispositif de stockage selon l'invention. De cette façon, il est possible de choisir une valeur de Q correspondant à un fonctionnement normal sécurisé et les autres paramètres, notamment V et J s'ajuste eux-mêmes : c'est la co-univocité. Inversement, il est possible de choisir J est V et Q s'ajuste lui-même : c'est la multiunivocité. Donc le facteur de sécurité Q = Q(V, J) définissant le fonctionnement normal et/ou anormal, est multiunivoque ou co-univoque ou multivoque, ceci pour une dimension caractéristique de passage d'au moins 1 mètre, de préférence 3 mètres ou 10 mètres. Le fait que Q soit multiunivoque ou co-univoque ou multivoque permet d'augmenter la quantité d'information disponible pour définir ou assurer le bon fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention car toutes les combinaisons possibles des différentes valeurs de V et J sont prises en compte pour définir un mode de fonctionnement normal et optimal. Et permet aussi d'informer et/ou d'alerter l'opérateur et/ou de déclencher d'autre diagnostic ci-après défini en cas de mauvais fonctionnement comme détaillé précédemment en tenant compte de la valeur de Q. donc en fonctionnement normal, Q est inférieur à 0,7, et en fonctionnement anormal, Q est supérieur à 0,7, de préférence temps vers 1.
Selon l'invention, le coefficient de freinage J est inférieur ou égal à 0,4, la vitesse du lest est inférieure à 6 mètres par seconde et le facteur de sécurité est toutefois inférieur ou égal à 0,7. Ce couple de valeurs est choisi de façon multiunivoque ou co-univoque ou multivoque de telles sortes les forces de frottements fluides soient en général négligeables, c'est-à-dire que le facteur de sécurité Q, étant une fonction multiunivoque ou co-univoque ou multivoque, doit à priori être toutefois inférieure à 0,7 en fonctionnement normal, ceci pour une dimension caractéristique de passage d'au moins 1 mètre.
La vitesse moyenne inférieure à 6 m/s choisit, permet de faire fonctionner normalement le dispositif avec un bon gain de production de puissance, de préférence une vitesse inférieure ou égale à 5 mètres par seconde est choisie pour plus de sécurité. En effet, lorsque la vitesse est supérieure à 6 mètres par seconde, le facteur de sécurité Q (J) peut, dans certain cas, tendre vers 1 pour un coefficient de freinage de l'ordre de 0,4 comme le montre la figure 4a. Ce cas de fonctionnement peut être néfaste pour le mouvement du lest dans la cavité (2). C'est pour cette raison qu'il est choisi, en fonctionnement normal, un coefficient de freinage inférieur à 0,4.
Le fait de maintenir le lest à une vitesse V inférieure à 6 m/s permet d'éviter que le facteur de sécurité Q tend vers 1 en cas de mauvais fonctionnement. Dans le cas de mauvais fonctionnement où le lest M a acquis une vitesse excessive supérieure à 6 mètres par seconde, le facteur de sécurité tend vers 1. De ce fait, le lest est freiné dans la partie inférieure de la cavité (2) pour se reposer en toute sécurité, avec une vitesse adaptée correspondant à l'énergie minimale que pourrait supporter la cavité (2).
De même la valeur de la vitesse choisie ainsi que les valeurs du coefficient de freinage J et du facteur de sécurité Q choisie obéit à au principe de multiunivocité ou co-univocité de la fonction Q (V, J) et permet d'assurer le bon fonctionnement du dispositif de stockage selon invention en toute sécurité.
De façon formelle, le facteur de sécurité ne doit pas être supérieur à 1. Ce qui explique la limite choisi sur les figure 4a et 4b. En effet, au-delà de Q = 1, plusieurs phénomène physique entre enjeux et il est difficile d'étudier l 'aérodynamisme et ou l'hydrodynamisme du dispositif de stockage selon l'invention.
Avantageusement, le facteur de sécurité Q correspondant au fonctionnement normal et anormal dudit dispositif de stockage d'énergie, étant multiunivoque ou co-univoque ou multivoque, ledit facteur Q étant inférieur à une valeur Qmin prédéfinie en mode normal et à une valeur supérieur à Qmin en mode anormal.
En référence à la figure 3, la cavité de circulation (2) comprend en outre une ébauche de section S3 située dans la partie inférieure de cette cavité (2), sur une hauteur H3. Cette ébauche de section S3 de la cavité (2) est destinée à freiner le lest en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure Pl. En effet, la section S3 est plus faible que la section SI. Donc, le coefficient de freinage Jl qui correspond ici au rapport de la section S2 sur la section S3 (S2/S3) doit être supérieur à 0,7, de préférence inférieur ou égal à 0,9, de manière à ce que le fluide freine quasiment le lest M en augmentant le facteur de sécurité Q = Q(V, Jl). Dans ce cas, le facteur de sécurité Q tend vers 1.
Cette ébauche de section S3 permet d'augmenter les forces de frottements fluides dans la cavité circulation (2) ou dans cette partie de la cavité de circulation (2), ce qui entraîne une perte significative de la vitesse du lest M dans cettedite partie de la cavité (2). Par conséquent, le lest M est freiné par le fluide Fl et/ou F2 et peut reposer dans la partie inférieure PI formant un fond en toute sécurité, avec une vitesse quasiment nulle.
L'ébauche de section S3 est faite en matériau ou en béton ou en élastomère ou encore de la même matière que la cavité (2). Ladite ébauche de section S3 est introduite dans la cavité (2) par l'intermédiaire d'une rainure adaptée ou d'un autre moyen, qui permet de le faire glisser facilement sans contrainte jusqu'au fond de la cavité (2) comme le montre la figure 3.
Selon l'invention, la structure de conception de cette ébauche de section S3 précédemment définie est adaptée pour supporter un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale du lest M dans la cavité (2). Elle joue également le rôle d'une paroi de revêtement pour la cavité (2) ayant double fonction, la fonction protectrice contre les chocs intenses et la fonction de freinage.
Selon une variante, toute la cavité(2) peut être renforcée par cette ébauche section S3 sur toute sa longueur.
Selon une variante de réalisation de l'invention, le lest M et l'ébauche de section S3 comprend, une ou plusieurs rainures permettant de diriger et/ou de guider le lest M dans ladite ébauche de section S3 et ladite ébauche de S3 dans la cavité (2). De cette façon, le lest M peut facilement coulisser sur le tronçon de la cavité (2) de section S3 en toute sécurité pour finir sa course en toute sécurité avec une vitesse quasiment nulle sur la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2).
Afin d'améliorer les conditions de sécurité dans la partie inférieure de la cavité (2), le coefficient de freinage Jl, qui correspond au rapport S2/S3, est adapté pour que les forces de frottements entre un des fluides Fl et/ou F2 présent dans cette dite partie inférieure et le lest M soient suffisamment importantes en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI formant un fond. C'est-à-dire que le facteur de sécurité Q doit être tendre vers 1. De ce fait, le lest M est freiné avant d'atteindre la partie inférieure Pl. Dans ces conditions, les forces de frottements fluides joueront le rôle de frein ou de force de rappel permettant d'empêcher que le lest M touche la partie inférieure PI formant un fond de la cavité (2), avec une vitesse excessive.
En se référant au calcul précédemment développé, les coefficients de freinages Jl et J expriment la même chose à des profondeurs ou endroits diffèrent(e)s de la cavité (2).
En cas de mauvais fonctionnement, par exemple lors de la rupture du câble, la vitesse du lest risque d'être largement excessive, par exemple supérieure à 9 mètres par seconde. Dans ces conditions, le lest M peut avoir une énergie assez importante pour détruire la partie inférieure formant le fond PI ou encore causer un tremblement de terre dans les environs du dispositif de stockage, ce qui pourrait rendre le dispositif inutilisable dans la suite. De ce fait, il est prévu que la partie inférieure de la cavité soit conçue en matériau pouvant supporter des énergies suffisamment grandes correspondant à l'énergie maximale de chute du lest dans cette dite partie inférieure formant le fond Pl . La partie inférieure PI formant de fond est également renforcé par un bloc(4) en matériaux ou en élastomère, ceci pour éviter toute destruction de ladite partie inférieur PI formant le fond en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention.
En référence à la figure 4c ou à la figure 4d qui représente une coupe longitudinale du dispositif selon l'invention, ladite partie inférieure PI formant le fond comprend un bloc (4) de matériau élastique comme élastomère ou de matériau dur comme le béton. Ce bloc (4) comprend des trous pour réguler la circulation du fluide lorsque le lest M approche la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2). Cettedite partie inférieure formant le fond PI est un bloc de matériau défini précédemment ou un bloc de béton déposé au fond de la cavité (2). Ces blocs (4) de matériaux peuvent être amovibles dans la cavité (2) et comprennent des plusieurs trous permettant d'évacuer le fluide Fl et/ou F2 lors de son installation dans la cavité (2) de circulation et lorsque le lest M approche à la partie inférieure Pl. Ces matériaux appropriés présentent des performances mécaniques et thermodynamiques adaptées à l'énergie maximale de chute du lest dans la cavité (2) de façon à ce qu'ils soient susceptibles d'emmagasiner toute l'énergie du lest M lors de sa chute libre dans la cavité (2).
Dans la variante de la figure 4c, le bloc (4) de matériau constituant la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2) peut contenir une ou plusieurs rainures ou avoir un coefficient freinage qui tend vers 1, permettant de l'installer facilement au fond de la cavité (2). C'est dire que la section du bloc(4) est sensiblement égale à la section SI de la cavité (2).
Dans la variante de la figure 4d, la cavité (2) comprend au moins deux blocs (4) en matériau élastique et des moyens de suspensions élastiques (5). L'ensemble blocs (4) et moyens de suspensions élastiques (5) constituent un système de suspension élastique antivibratoire et/ou antichoc. Cedit système de suspension comprend un ou plusieurs blocs élastiques (4) par exemple des blocs en élastomère, et un ou plusieurs amortisseurs (5) par exemple des amortisseurs à ressort de compression et/ou des amortisseurs à pistons. Comme le montre la figure 4d, les amortisseurs sont intercalés entre deux blocs (4) élastiques ou en béton. Ces blocs (4) sont installés au fond de la cavité (2) par l'intermédiaire des moyens de roulement, permettant à cedit bloc de glisser facilement dans la cavité ou par tout autre moyen. Ces moyens de roulement peuvent être des roues ou des rainures. De ce fait, en cas de rupture du câble et/ou de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive, les blocs (4) sont susceptibles d'absorber l'énergie maximale correspondant à la chute du lest M dans la cavité (2) ou au fond de la cavité (2).
Les deux variantes de réalisations précédemment définies selon l'invention, principalement le dispositif de la figure 4c et/ou 4d, ont pour avantage d'écartés efficacement ou totalement les risques de destruction du fond de la cavité (2) et les risques de propagation d'ondes sismiques résultantes du choc du lest M avec le fond P et ou les parois de la cavité (2), notamment en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive. En effet, le bloc (4) et les moyens de suspension (5) amortit les efforts des chocs du lest M avec la partie inférieure formant le fond de la cavité (2), puis emmagasine les ondes sismique et/ou l'énergie maximale de chute du lest M dans ladite cavité (2) en réduisant considérablement les probabilités sismiques.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif de la figure 4c ou de la figure 4d, peut comprendre en outre une ébauche de section S3, non représentée, située dans la partie inférieure de cette cavité (2) comme dans le cas de la figure 3, sur une hauteur H3. Cette ébauche de section S3 de la cavité (2) est destinée tout de même à freiner le lest en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure Pl.
Avantageusement, le dispositif de la figure 4c et de la figure 4d peut fonctionner normalement avec ou en absence de l'ébauche de section S3 en toute sécurité.
Une autre variante de réalisation selon l'invention est représentée sur les figures 4e, 4f, 4i, 4j.
Dans cette variante, le lest M comprend au moins un orifice (6) et au moins un moyen (7). Le moyen (7) est amovible et est libre de se déplacer suivant l'axe ZZ' sur une partie de l'orifice (6) par l'intermédiaire des moyens de roulements ou tous autres moyens et faisant un angle BETA supérieur ou égal à 5 degrés avec l'axe horizontal XX' .
Lors de la descente du lest M dans la cavité (2), le fluide Fl et/ou F2 peut s'introduire librement dans la partie inférieure (point B) du lest M à travers l'orifice (6).
En fonctionnement normal, d'après des lois de l'hydrodynamique et/ou de l'aérodynamique, la pression au point A noté PA est sensiblement égale à la pression au point B noté PB, le facteur sécurité Q de préférence inférieur à 0,7 et le coefficient de freinage et la vitesse du lest M sont adaptés en fonction de la valeur choisie du facteur de sécurité.
Quand la vitesse V du lest M est nulle, la pression sur la partie supérieure A est sensiblement égale à la pression sur la partie inférieure B. En cas de vitesse excessive et/ou de mauvais fonctionnement et/ou de la pénétration du lest M dans un autre fluide de densité plus grande, la pression PB au point B devient différent, de préférence supérieure, à la pression PA au point A. Cette variation de pression étant proportionnelle à la vitesse du lest M, permet au fluide présent dans la cavité (6) de déplacer le moyen (7) vers l'extérieur du lest M, ce qui permet d'augmenter le facteur de sécurité Q et le coefficient de freinage J et de diminuer la vitesse du lest. De cette façon, le lest M est ralenti et/ou freiné dans la cavité (2) en toute sécurité.
Pendant le ralentissement du lest M dans la cavité (2), la pression PA en A peut-être quasiment égale à la pression PB en B et le moyen (7) peut revenir dans son état précédent dans l'orifice (6). Ainsi, le lest M peut alors reposer en toute sécurité sur la partie inférieure PI de la cavité (2) ou continuer à produire de la puissance électrique avec une vitesse nominale
correspondant au fonctionnement normal du dispositif selon l'invention.
L'avantage de cette variante réside par le fait qu'un système hydromécanique ou
hydroélectromécanique permet au lest M de réguler son mouvement en fonction du facteur de sécurité Q du milieu, de la vitesse dudit lest M et du fluide Fl et/ou F2. Ce système
hydromécanique ou Hydroélectromécanique comprend le moyen (7), l'orifice (6) et le fluide Fl et/ou F2. Le déplacement du moyen (7) est dû à une poussée exercée par le fluide. De même, une autre variante de réalisation selon l'invention est représentée sur la figure 4g et la figure 4h avec le même objectif que celui des figures 4e, 4f, 4i, 4j. Elle différence de ceux de cesdites figures par le fait que le lest M comprend au moins un orifice (6) comprenant un moyen (7), ledit orifice étant placé dans la partie supérieure du lest M et ne présentant pas un lien direct avec le point B. l'ouverture et la fermeture du moyen (7) est gouverné par deux capteurs de pression placées au point A et B.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le lest comprend en outre un capteur de mesure de pression, un capteur de mesure de vitesse et/ou de l'altitude. L'avantage de cette alternative réside par le fait que le système hydroélectromécanique précédemment défini comprend des moyens embarqués solidaires au lest M, desdits moyens pouvant être pilotés par différents moyens de commande permettant de faire fonctionner le dispositif de stockage d'énergie selon l'invention.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif de stockage d'énergie comprend au moins un ou plusieurs câbles C permettent de relier le lest M à un ou plusieurs tambours T. Le câble C s'enroule sur le tambour T. Le tambour T a un axe de rotation XX' fixe par rapport à la cavité non représenté ici. Dans ce cas le tambour est maintenu fixe par un moyen de blocage empêchant le lest de se déplacer. Il est possible également de déposer le lest à même le sol pour maintenir le lest au repos sans consommation d'énergie.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention Le dispositif de stockage d'énergie comprend au moins un premier moyen comprenant un système de blocage et de déblocage du tambour T, ledit premier moyen permettant de maintenir le lest à l'intérieur de la cavité (2) et/ou sur la plateforme P2 de ladite cavité (2) pendant un temps donné, aussi longtemps que l'on veut, en position d'équilibre stable à une altitude donnée sans perte d'énergie potentielle et de consommation d'énergie. Ce premier moyen est parfaitement écologique, c'est-à-dire sans émission de gaz à effet de serre, car ce moyen n'utilise pas une technique nécessitant l'émission du gaz carbonique dans l'air.
Avantageusement ledit dispositif de stockage d'énergie comprend en outre au moins un deuxième moyen permet d'augmenter l'altitude du lest M dans l'axe principal de circulation Y'Y, lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible, en transformant l'énergie électrique du réseau en énergie potentielle de gravitation. Ce deuxième moyen est aussi parfaitement écologique sans émission de gaz à effet de serre. Ce deuxième moyen comprend au moins un moteur électrique ME qui permet de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau (1) en énergie potentielle de gravitation en entraînant le tambour T. De ce fait, l'altitude du lest M augmente lorsque l'énergie électrique est abondante et disponible.
Avantageusement le dispositif selon l'invention comprend également un troisième moyen permet de diminuer l'altitude du lest M dans l'axe principal de circulation YY' lorsque le réseau demande de l'énergie électrique, en transformant l'énergie potentielle de gravitation du lest M et éventuellement son énergie cinétique en une énergie électrique. L'énergie potentielle de gravitation du lest M et éventuellement l'énergie cinétique ainsi transformées sont fournies au réseau. Ce troisième moyen est également parfaitement écologique sans émission de gaz à effet de serre. Ce troisième moyen comprend au moins une génératrice GE connectée mécaniquement au tambour T, qui assure la régulation de la vitesse du lest M d'une part et fournit au réseau la puissance électrique utile dont il a besoin d'autre part. Pour adapter la vitesse de rotation du tambour à la vitesse de rotation de la génératrice, la génératrice est connectée mécaniquement au tambour par l'intermédiaire d'un train d'engrenage. Ce qui permet d'assurer en toute sécurité la régulation de la vitesse du lest et la redistribution au réseau de la puissance électrique.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention le dispositif de stockage d'énergie comprend un quatrième moyen permettant de mesurer l'altitude du lest M au moins lorsque ce lest M est proche de la partie inférieure PI formant un fond de la cavité (2). Ce moyen est très utile, car il permet d'éviter que le lest M n'atteigne le fond avec une vitesse trop élevée ou excessive. Il permet aussi d'éviter les accidents ou les incidents dus à de mauvaises conditions de fond de la cavité de circulation (2). La connaissance de l'altitude du lest permet également de connaître la masse totale soumise à l'accélération de la pesanteur. En effet la masse du câble n'est pas toujours négligeable par rapport à la masse du lest M, surtout lorsque le lest M se trouve dans une position proche du fond. La masse totale (masse du lest M + masse verticale de câble) augmente donc au fur et à mesure de la descente du lest dans la cavité.
Le dispositif selon l'invention comprend en outre un cinquième moyen est un moyen de pilotage qui permet de commander en temps réel ou différé, les différents premier, deuxième, et troisième moyens précédemment cités, en fonction de l'abondance et de la disponibilité de l'énergie électrique du réseau, de l'énergie électrique demandée par le réseau et de l'altitude du lest M. Ledit cinquième moyen de commande comprend un calculateur qui a la capacité de traduire les consignes permettant de définir :
dans le premier fluide Fl l'instant initial T0 pour lequel le premier moyen sera actionné et pour lequel au moins un lest M sera libéré, le temps TCL1 d'accélération d'au moins un lest M, la puissance redistribuée au réseau à partir de l'instant Tl à la fin de l'accélération, le temps TVC1 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau, le temps TVD de décélération pendant lequel la vitesse d'au moins un lest M sera adaptée pour franchir le deuxième fluide F2 en toute sécurité ;
dans le deuxième fluide F2, le temps TCL2 d'accélération d'au moins un lest M, le temps TVC2 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau, un temps TF pendant lequel ladite vitesse sera pilotée pour revenir à une vitesse nulle. On démontre que le temps requis d'accélération est sensiblement égal, en secondes, au rapport de la puissance requise en Watt divisé par 80 fois la masse du lest M exprimée en kilogramme. Cette relation doit être pondérée par l'influence de la hauteur de la cavité, par l'influence des frottements et par l'inertie des poulies. Par exemple pour un puits de 1000 m de hauteur comprenant un lest d'une masse de 106 kg et pour fournir une puissance mécanique à la génératrice de 100 MW, il faut que le temps d'accélération TCL1 et/ou TCL2 soit environ égal à 1,2 s.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif comprend en outre un accumulateur d'énergie à restitution très rapide, cet accumulateur est placé entre le générateur et le réseau. Ή permet de fournir une énergie au réseau pendant le temps de latence TCL1 et/ou TCL2. Ce temps de latence est le temps nécessaire pour qu'au moins un lest M arrive à la vitesse désirée V dans le premier fluide Fl et/ou V dans le deuxième fluide F2. Comme définie plus haut en
fonctionnement normal, la vitesse est inférieure à 6 m/s. Cettedite vitesse est choisie de telle sorte que les mesures de sécurité soient optimales.
Le dispositif selon l'invention comprend aussi un sixième moyen est un moyen embarqué et solidaire au lest M, il comprend des moyens de détections électroniques et/ou électromagnétiques, et permet, en temps réel ou différé, à quelques mètres du lest M, de repérer en toute sécurité les différentes positions du lest M lors de sa descente et/ou de sa montée, dans la cavité (2). Cedit sixième moyen permet également de repérer en toute sécurité les obstacles et/ou les variations de densité et/ou de pression du fluide Fl et/ou F2 et/ou la vitesse relative du fluide Fl et/ou F2 par rapport au lest M et de modérer localement le déplacement dudit lest M dans la cavité (2).
Les moyens de détection précédemment définis permettent aussi de modérer et de piloter la vitesse de déplacement du lest M lors du passage du fluide de densité D 1 vers le fluide de densité D2 et inversement lors du passage du fluide de densité D2 vers le fluide de densité Dl , de telle sorte que le changement de milieu s'effectue sans impact violent, évitant tout devers ou renversement du lest M. Ainsi, le dispositif peut fonctionner en toute sécurité dans un milieu complexe comprenant au moins deux fluides, par exemple de l'air et de l'eau, sans pour autant porter préjudice au mouvement du lest M dans la cavité (2). De ce fait, la puissance peut être régulée en fonction des besoins du réseau (1).
Avantageusement, la cavité (2) peut être un puits de mine abandonné, adapté aux conditions définies plus haut pour ce dispositif de stockage d'énergie selon l'invention.
La figure 5 montre les différents mouvements et étapes de descente du lest M correspondant à un cas particulier de réalisation, définissant un procédé de fonctionnement du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention. Les différents mouvements du lest M sont pilotés par le cinquième moyen et/ou le sixième moyen.
À l'instant initial T0, le lest M est au repos et il est maintenu par le premier moyen, par exemple sur la plateforme P2 de la cavité (2), en position d'équilibre stable à une altitude donnée, sans perte d'énergie. À cet instant T0, dès que le réseau est demandeur d'énergie électrique ou légèrement avant, le premier moyen libère le lest M en le lâchant sans vitesse initiale à cet instant initial T0. Le lest M est alors accéléré sous l'effet de la pesanteur, particulièrement sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL1 , TCL1 = Tl - T0, jusqu'à atteindre une vitesse désirée VI, V1=V, à l'instant Tl . Pendant ce temps TCL1 , le lest M a parcouru une distance donnée et la puissance électrique augmente progressivement jusqu'à atteindre à l'instant Tl une valeur PU1, PU1=PU. Ce temps d'accélération TCL1 permet d'obtenir la puissance électrique nécessaire redistribuée au réseau à l 'instant T 1.
A partir de cet instant Tl où le lest M a acquis une vitesse V, le troisième moyen permet de fournir au réseau la puissance électrique demandée et ceci jusqu'à atteindre l'instant T2. Pendant un temps TVC1, TVC1 = T2 - Tl, temps écoulé entre T2 et Tl, le mouvement du lest M est régulé à une vitesse adaptée pour fournir la puissance électrique demandée par le réseau. Par exemple, si la vitesse V est constante, alors la puissance électrique fournie au réseau est constante et inversement.
Entre T2 et T3, le sixième moyen détecte le deuxième fluide et le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TVD, TVD =T3-T2, de sorte que la vitesse à l'instant T3 soit adaptée pour permettre au lest de franchir le deuxième fluide en toute sécurité, de préférence à une vitesse V3 inférieure à V à l'instant T3. La puissance fournie pendant ce laps de temps TVD est régulée avec le mouvement du lest M et dans certains cas, s'il y a perte de puissance, ces pertes peuvent être régulées de telle sorte que la puissance fournie au réseau reste quasiment constante pendant le laps de temps TVD.
A l'instant T3, le lest franchit le deuxième fluide en toute sécurité avec la vitesse V3 et est de nouveau accéléré de manière régulée au besoin électrique du réseau (1), sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL2 = T4-T3 jusqu'à atteindre une vitesse V4, V4=V à l'instant T4, de préférence V'=V. Pendant ce temps TCL2, la puissance augmente progressivement jusqu'à atteindre une puissance PU2, PU2 = PU' à l'instant T4, de préférence PU'=PU.
A partir de cet instant T4, le troisième moyen fournit au réseau électrique la puissance électrique PU' demandée et ceci jusqu'à l'instant T5. Le temps écoulé pendant cette période est TCL2, TCL2 =T5-T4. Pendant cette période TCL2, la vitesse du lest M est adaptée pour fournir la puissance électrique demandée par le réseau électrique, par exemple si la demande de puissance est constante, alors la vitesse de descente sera constante et inversement.
Entre T5 et T6, le quatrième moyen et le sixième moyen détectent la partie inférieure de la cavité (2) et également la section S3 de cettedite cavité (2). Le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TF, TF = T6-T5, de sorte que la vitesse du lest à l'instant T6 redevient nulle. Ainsi, le lest M est freiné et peut, soit reposer en toute sécurité sur la partie inférieure formant le fond PI, soit s'arrêter dans la partie inférieure de la cavité (2).
Enfin, lorsque plusieurs cycles de production d'électricité au réseau électrique ont été réalisés et dès que l'électricité est abondante et disponible sur le réseau (1), le lest M est remonté pour revenir à sa position de départ.
Pendant la phase de descente du lest M, correspondant à la demande d'énergie électrique par le réseau (1), le mouvement du lest M est régi dans le premier fluide par trois types de mouvements entre T0 et T3 :
par un mouvement accéléré pendant un temps TCL1 entre T0 et Tl ; par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC1 entre Tl et T2 ;
par un mouvement adapté à des conditions de sécurité suffisantes pour franchir le deuxième fluide en toute sécurité pendant un temps TVD entre T2 et T3. Dans le deuxième fluide, le mouvement du lest M est également régi par trois types de mouvements entre T3 et T6 :
D'abord par un mouvement accéléré de manière régulé au besoin électrique du réseau (1) pendant un temps TCL2 ;
puis par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC2 ;
et enfin, par un mouvement décéléré pendant un temps TF.
Avantageusement, le dispositif de stockage selon l'invention comprend entre le lest M et le tambour T une poulie ou un train de poulies formant un palan, afin de diriger et/ou de réduire l'effort de traction présent dans le câble. De plus, lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante, le lest M est remonté par le deuxième moyen jusqu'à rejoindre la position haute de départ.
Le dispositif peut comprendre en outre un accumulateur d'énergie à restitution rapide. Cet accumulateur est placé entre le générateur et le réseau et permet de fournir une énergie au réseau pendant le temps de latence TCL1 et/ou TCL2. Ce temps de latence est le temps nécessaire pour que le lest M arrive à la vitesse désirée V et/ou V .
On voit bien qu'il est possible de réaliser un dispositif économique, très réactif, avec un bon rendement de restitution et sans perte d'énergie pendant le stockage, pouvant accumuler une grande quantité d'énergie, capable d'assurer un bon fonctionnement pendant un grand nombre de cycles, parfaitement écologique et sans émission de gaz à effet de serre.
La figure 6a ou 6b montrent une coupe longitudinale d'un deuxième mode préféré de réalisation du dispositif selon invention. Ce dispositif est, dans l'ensemble, pratiquement le même que celui décrit dans les figures précédentes. De même, le procédé de fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation objet de la présente invention est dans l'ensemble le même que celui décrit précédemment. La différence avec le dispositif précédemment décrit réside par le fait que dans ce dispositif, l'ensemble constitué par les câbles, la ou les poulie(s) est(sont) remplacée(s) par au moins une crémaillère fixe, fixée sur la paroi interne de la cavité de circulation (2). La crémaillère est adaptée pour entraîner en rotation autour d'un axe fixe par rapport au lest M, une roue dentée. La roue dentée est reliée à un moteur et/ou à un générateur qui est placé et fixé sur le lest M ou sur la plateforme. Ce dispositif comprend en outre au moins un ensemble mécanique qui permet d'éviter tout dévers ou renversement du lest M. Ainsi, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou du rapprochement du lest M de la partie inférieure PI , l'ébauche de section S3 empêche le lest M d'atteindre la partie inférieure PI formant un fond de la cavité (2) et le lest M est arrêté en toute sécurité sans pour autant détruire le dispositif selon l'invention ou sans pour autant causer un tremblement de terre local car toutes les ondes sismiques sont emmagasinées par l'ébauche de section S3. En effet, l'ébauche de section S3 est en matériaux présentant des bonnes propriétés élastiques ou d'amortissements susceptibles de supporter sans risque un choc de très grande énergie.
Avantageusement, cette ébauche de section (3) peut être conçue avec la même structure ou matériau que la cavité (2). Elle peut être en matériau élastique tel que l'élastomère pour qu'elle joue le rôle d'amortisseur antichoc et antivibratoire. Ainsi en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive, le Lest M peut rebondir sans pour autant causer un préjudice à la cavité de circulation (2) et sans atteindre le fond de ladite cavité (2) tout en évitant de diffuser les vibrations susceptibles de provoquer un tremblement de terre.
Avantageusement, dans les modes de réalisations précédemment défini ou ci-après, tous les moyens définis précédemment restent inchangés.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif de stockage comprend deux crémaillères fixées sur les parois internes de la cavité de circulation (2). Chacune des crémaillères utilisées sont adaptées pour entraîner en rotation autour d'un axe fixe par rapport au lest M, chacune une roue dentée. Cette roue dentée est reliée à un moteur et/ou un générateur qui est placé et fixé sur le lest M. Ce dispositif comprend en outre au moins un moyen électronique et/ou mécanique permettant de synchroniser le mouvement des roues dentées afin d'éviter tout dévers ou renversement du lest M.
Les figures 6c et 6d sont des coupes longitudinales d'une variante des deux premiers modes de réalisations du dispositif de stockage d'énergie selon l'invention.
En référence à la figure 6c la cavité (2) a la forme d'une vallée ou une cuvette, inclinée d'un angle ALFA par rapport l'axe vertical.
En référence à la figure 6d, la cavité (2) n'est pas un puits (ou une tour), mais une cuvette naturelle ou artificielle adaptée aux conditions et aux normes de sécurités précédemment définies. Cette cavité (2), qui est une très grande cuvette naturelle ou artificielle est remplie de deux fluides, l'eau et l'air par exemple. C'est le cas par exemple d'une fosse marine ou océanique ou d'un lac profond. Le système de pilotage et tous les autres moyens associés au dispositif se trouvent sur une plateforme flottante, ancrée ou posée sur un fond voisin ou stabilisée par un moyen dynamique et le lest M peut effectuer son mouvement comme défini dans le premier mode préféré de réalisation ou selon un plan incliné d'angle ALFA comme défini précédemment.
Avantageusement, une l'ébauche de section S3 est placée dans la partie inférieure PI formant un fond de la cuvette non représenté ici. La partie inférieure PI formant le fond est reformée par un bloc de matériaux également non représenté ici. Cettedite ébauche et cettedite partie inférieure
PI formant le fond sont adaptées pour supporter sans risque et en toute sécurité un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute du lest. Cettedite partie inférieure peut être conçue avec les matériaux ou caractéristiques défini(e)s précédemment dans les autres modes de réalisations.
Avantageusement, le lest M repose sur un dispositif à faible frottement comme des roues par exemple, et peut circuler librement sur une surface inclinée. Le retour du lest M à la position initiale peut se faire par un autre chemin que celui de la descente. Cette possibilité permet principalement d'améliorer notablement la continuité de la restitution de l'énergie.
Avantageusement, l'angle ALFA peut être compris entre 0 et 85° mais, de façon non limitative, il est compris entre 30 et 80 °. De ce fait, une chute de la masse peut générer une puissance suffisante et nécessaire pour alimenter les besoins énergétiques du réseau (1).
La figure 7 est une coupe longitudinale d'un troisième mode préféré de réalisation du dispositif objet de la présente invention. Le dispositif selon ce mode de réalisation présente les mêmes caractérisations structurales et fonctionnelles que les modes précédents de réalisation. Il diffère des autres modes de réalisation par le fait qu'il comprend une cavité (2) comprenant en outre une autre cavité (3) de section S4 située dans la partie inférieure de la cavité (2). Ladite cavité (3) a une hauteur H4 et comprend des trous de section supérieure à 3 centimètres carrés sur sa surface latérale et au moins un fluide de densité au moins inférieure à 1,1. La partie inférieure formant le fond de cette dite cavité (3) notée P3 est faite en matériaux, notamment les matériaux précédemment définis, de préférence en matériau susceptible d'emmagasiné toute l'énergie maximale de chute du lest M dans cette dite cavité (3). De préférence, le fond de la cavité (3) et/ou la cavité (3) est (sont) faite(s) en matériau élastique comme l'élastomère.
Pour la sécurité et le bon fonctionnement du dispositif, il est défini un coefficient de freinage J2, qui correspond au rapport S2/S4. En se référant aux explications développés précédemment pour J et Jl, ce coefficient de freinage J2, comme Jl et J, est adapté pour que les forces de frottements entre un des fluides Fl et/ou F2 présents dans cavité (3) et le lest M soient
suffisamment importants en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI et/ou P3 de sorte que le lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI et/ou P3 en évacuant une certaine quantité de fluide Fl et/ou F2 dans lesdits trous. C'est-à-dire que le facteur de sécurité Q = Q (V, J2) doit être suffisamment important, de préférence supérieur ou égal à 1. De ce fait, la cavité (3) est susceptible de supporter sans risque un choc de très grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute dudit lest M.
De même, le sixième moyen embarqué et solidaire au lest M, qui comprend des moyens de détection, peut repérer et modérer localement le déplacement du lest M dans la cavité (2) et/ou dans la cavité (3). Le lest M peut alors être freiné dans la cavité (3) en toute sécurité sans détruire le dispositif de stockage selon l'invention et repose dans la partie inférieure formant le fond P3 de cettedite cavité (3) en toute sécurité.
La figure 8, qui est une coupe longitudinale d'un quatrième mode préféré de réalisation du dispositif de stockage d'énergie selon invention. Ce mode de réalisation est le même que les modes précédents. Il diffère des autres modes de réalisation par le fait que la cavité (3) est mobile et peut se déplacer au moment voulu dans la cavité (2) sans enfreindre le mouvement du fluide Fl et/ou F2, en respectant bien entendu les conditions de sécurités définies dans les modes de réalisations précédents.
Avantageusement, le dispositif de stockage selon l'invention comprend un ou plusieurs trous, de préférence un trou situé dans sa partie inférieure, ayant la même fonction que les trous se trouvant sur le dispositif de la figure 7. La cavité (3) est maintenue à l'équilibre dans la cavité (2) de façon flottante, dans la zone où la densité du fluide est importante, particulièrement proche de la partie inférieure PI de telle sorte que le sixième moyen le détecte facilement. La densité de cette cavité (3) est adaptée de manière à ce qu'elle puisse facilement flotter dans le fluide Fl et/ou F2.
II est avantageux d'utiliser cette cavité (3), car elle est utilisée pour recevoir le lest à une certaine altitude et à le diriger en toute sécurité vers la partie inférieure formant le fond tout en le freinant efficacement. De ce fait, la partie inférieure PI formant le fond peut recevoir un choc suffisamment faible et amorti, évitant ainsi de détruire le dispositif de stockage en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement du lest de la partie inférieure PI et/ou P3.
. En se référant aux explications développés précédemment pour J, Jl et J2, le coefficient de freinage J3, défini comme étant le rapport S4/S1, est adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q (V, J3) tend vers 1 en absence du lest M dans la cavité (3) de section S4 et de manière à ce que le facteur de sécurité soit compris entre 0,7 et 1 en présence du lest M dans cettedite cavité (3) de section S4. Ainsi, le lest M freiné dans la cavité (3) de section S4 peut reposer en toute sécurité dans ladite cavité (3) puis dans la partie inférieure PI et/ou P3 formant le fond de la cavité (2) et/ou de la cavité (3).
La cavité (3) peut être faite en matériau dense ou en matériau élastique ou en mousse ou tout autre matériau présentant de bonnes caractéristiques adéquates au bon fonctionnement du dispositif de stockage selon l'invention.
La figure 9 est une coupe longitudinale d'un cinquième mode préféré de réalisation du dispositif objet de la présente invention. Le dispositif selon ce mode de réalisation présente les mêmes caractérisations structurales et fonctionnelles que les précédents modes de réalisation. Ce dispositif diffère de cesdits précédents modes de réalisation par le fait que ce dispositif comprend plusieurs lests Ml, M2, M3, ... de masse égale ou différente. Ces lests sont stockés au sommet de la cavité de circulation (2). Ces lests sont mis en action l'un après l'autre dans la même cavité de circulation en fonction des besoins électriques du réseau (1), ce qui permet ainsi d'augmenter l'énergie totale redistribuable au réseau.
Avantageusement, le lest comprend, comme le montrent les figure 4i et 4j, un alésage 8 permettant de stocker les masses les unes après les autres de façon plus efficace tout en respectant un empilement linéaire.
Avantageusement, les lests sont stockés au sommet de la cavité (2), notamment sur la plateforme dans des alésages ou poches (10) de façon à ce qu'ils restent stables en cas de mauvais fonctionnement ou d'une perturbation vibratoire de la surface du milieu, notamment un tremblement de terre. Les poches ou alésages (10) étant conçus en béton ou en élastomère.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les lests Ml, M2, M3, ... peuvent être mis en action simultanément sans collision, respectant ainsi un temps de latence entre deux lests successifs ou consécutifs. Ce temps de latence étant suffisant pour empiler les lests les unes après les autres au fond de la cavité (2). Cette action simultanée permet augmenter la puissance redistribuable au réseau et les lests ne peuvent pas entrer en collision entre eux pendant la descente.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le dispositif comprend en outre au moins deux ou plusieurs cavités (2). Lesdites cavités (2) comprennent chacune des moyens de pilotage et au moins un ou plusieurs lests. Les moyens de pilotage de toutes les cavités (2) sont coordonnés pour fournir de manière continue l'énergie au réseau et/ou une énergie plus grande et /ou une puissance instantanée plus grande fournie au réseau.
Avantageusement, toutes les cavités (2) comprenant au moins un lest fonctionnent simultanément.
Avantageusement, les cavités (2) comprenant au moins un lest fonctionnent les unes après les autres.
La figure 10 ou la figure 12 est une coupe transversale d'un sixième mode préféré de réalisation du dispositif objet de la présente invention.
Dans ce mode préféré de réalisation de la figure 10 et/ou de la figure 12, la cavité de circulation (2) comprend au moins trois lests Ml, M2, M3, de sections respectives S21, S22, S23. Ils sont distants l'un de l'autre de dl2, dl3 et d23. Ces lests peuvent se déplacer au même moment ou de façon différées dans la cavité (2) en toute sécurité, respectant toutes les conditions de fonctionnement du dispositif comme définies dans les précédents modes de réalisation. D'autres conditions de sécurité supplémentaires sont ajoutées comme le coefficient de freinage J4 qui correspond au rapport (S21+S22+S23)/S 1 et les rapports dl2/d, d23/d, dl 3/d qui correspondent aux coefficients d'échange de charge. Ces paramètres J4 et dl2/d, d23/d, dl3/d permettent adaptés le dispositif aux normes précédemment définies de telle sorte que le facteur de sécurité Q (V, J4) soit supérieur à 0,7, de préférence tends vers 1 en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI . C'est-à-dire que les forces de frottements entre un des fluides Fl et/ou F2 présents dans la cavité (2) sont supérieures à 0,7 du poids de chacun des lests Ml, M2, M3. De ce fait, les lests Ml, M2, M3 peuvent être freinés facilement en toute sécurité, sans détruire la partie inférieure formant le fond PI ou la cavité (2). De plus, une distance minimale dl2, dl3, d23 est nécessaire pour éviter que les lests se touchent entre eux, causant ainsi une destruction du dispositif ou une disfonctionnement. Egalement, un écart de sécurité déterminé par les coefficients d'échange de charge est nécessaire pour éviter que les lests touchent la cavité(2) causant ainsi une destruction du dispositif ou un disfonctionnement ou une onde sismique. De préférence, chaque coefficient d'échange est égal à 0.3 ou 0.2. Avantageusement, le facteur de sécurité Q (V, J4) est inférieur à 0,7 en fonctionnement normal, c'est-à-dire que les forces de frottements entre un des fluides Fl et/ou F2 présent dans la cavité (2) sont inférieures à 0,7 du poids du lest M.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, un coefficient de freinage J5 correspondant au rapport (S21+S22+S23)/S3 est également adapté pour que les forces de frottements entre un des fluides F 1 et/ou F2 présents dans la partie inférieure de la cavité (2) et les lests Ml, M2, M3 soient suffisamment importants en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure formant un fond PI, de sorte que lesdits lests Ml, M2 M3 soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI . C'est-à-dire que le facteur de sécurité Q (V, J5) doit être tendre vers 1 en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/de rapprochement de la partie inférieure formant un fond PI .
Cependant, dans le cas particulier du sixième mode de réalisation du dispositif de stockage selon invention, un procédé particulier peut dans certain cas être mis en place.
Selon une variante de réalisation du procédé de stockage d'énergie selon l'invention le premier lest Ml est lâché en premier, le deuxième lest M2 est lâché avec un retard delta par rapport au premier lest et le troisième lest M3 est lâché avec un retard delta2 par rapport au premier lest. Delta et delta2 pouvant varier entre 0 et quelques secondes de telle sorte que l'on puisse piloter le dispositif pour fournir une puissance électrique suffisante et nécessaire au fonctionnement du réseau (1). Ainsi, la puissance totale fournie par ce procédé peut être régulée en fonction des besoins du réseau (1), par exemple la puissance totale peut rester constante, quel que soit le mouvement de l'un des lests, tel que l'arrêt et/ou la décélération et/ou l'accélération et/ou un mouvement rectiligne uniforme.
Selon une autre variante de réalisation du procédé de stockage d'énergie selon l'invention le premier lest Ml est dans le deuxième fluide, sa production énergétique est coupée pour qu'il gagne de nouveau de la vitesse pour atteindre une vitesse nominale de fonctionnement choisie. Pendant ce temps, la production de puissance électrique est générée par les lests M2 et M3. Ce choix est soutenu par le fait qu'il est plus commode et sécurisant que les trois lests ne franchissent pas le deuxième fluide au même moment, car, les forces de frottement peuvent devenir plus importantes.
Selon une autre variante de réalisation du procédé de stockage d'énergie selon l'invention, lorsque le premier lest Ml approche la vitesse nominale, les deux autres lests M2 et M3 sont ralentis pour atteindre une vitesse nulle et seul le lest de masse Ml produit une puissance électrique utile aux besoins du réseau. À l'approche de la partie inférieure de la cavité (2) et/ou (3) formant le fond, le lest Ml est freiné et le mouvement du lest M2 devient accéléré pour atteindre une vitesse nominale choisie, nécessaire pour produire une puissance électrique suffisante. Suivra ensuite le mouvement du lest M3. De cette manière, les trois lests effectuent les mêmes mouvements. Le mouvement du deuxième lest a un retard delta3 par rapport au premier lest et celui du troisième lest a un retard delta4 par rapport au premier lest et/ou au deuxième lest. Pendant la production de puissance électrique par le lest M2, le lest Ml est remonté, puis pendant la production de puissance électrique par le lest 3, le lest 2 est remonté. Ainsi se répète le cycle de production de puissance nominale nécessaire pour le bon fonctionnement du réseau électrique.
Selon une autre variante de réalisation du procédé de stockage d'énergie selon l'invention, la puissance électrique est produite avec les lests M2 et M3 avec une puissance régulée pour qu'un couple résistif résultant compense l'accélération initiale, ce qui permettrait de produire de la puissance électrique avec le lest Ml. Cettedite puissance étant plus faible que celle correspondant à un couple résistif qui compense l'accélération initiale. Cettedite puissance peut être augmentée progressivement en maintenant une accélération différente de zéro, particulièrement à une valeur positive.
Selon d'autres variantes de réalisation de l'invention telle représentée sur la figure 11 , la cavité (2) comprenant en outre au moins deux rails ou deux glissières (10) fixées solidement sur la structure interne de ladite cavité (2) permettant de déplacer le lest ou de faire glacer le lest dans la cavité de circulation.
Avantageusement, le lest, de préférence chaque lest, comprenant en outre au moins deux roues, lesdites roues ayant un axe de rotation solidaire au lest et étant susceptibles de se mouvoir sur au moins un rail (10).
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, telle que représenté sur la figure 12, la cavité comprend au moins deux lests, de préférence trois lests et au moins deux supports de rails (11), de préférence trois supports de rail (11), chaque support de rail (11) comprenant deux rails (10). De cette façon, il est possible de faire glisser trois lests dans une même cavité sur des trajectoires différentes et bien définies.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention selon, le dispositif comprend en outre au moins 2N câbles C de même nature ou de nature différente, N étant un nombre entier naturel, de préférence 16 câbles C, reliés à un au moins un palonnier (12) équilibrant les efforts sur tous les câbles, ledit palonnier (12) étant relié à au moins un moyen mécanique d'accrochage (13) permettant de libérer ou maintenir le lest du palonnier (12), ledit palonnier et/ou ledit moyen mécanique étant guidé par un ensemble d'au moins 2 roues.
Avantageusement, le dispositif comprend en outre au moins un tambour T mobile sur la plateforme. Ce qui permet de supporter le poids du lest, car celui-ci est directement repartit sur les différents câbles. Ce qui permet également au tambour T de se déplacer facilement et de piloter les différents lests. Également, en cas de rupture d'un câble, le lest peut être toujours maintenu par d'autres câbles.
Avantageusement, le lest comprend un moyen d'accrochage mécanique (14) servant de point d'accrochage ou de fixation du lest avec le moyen mécanique d'accrochage (13). Ces moyens d'accrochages peuvent être des crachés ou tout autre moyen d'accrochage connu dans d'autre domaine de la mécanique.
Avantageusement le lest à une densité au moins égal à 3 ou comprise entre 3 et 10 de telle sorte qu'elle peut facilement circuler dans le fluide Fl et/ou F2. Avantageusement la cavité à un diamètre d d'au moins égal à 3 mètres ou 10 mètres.
Une autre variante de réalisation de l'invention consiste à coupler le dispositif de stockage d'énergie selon l'invention avec une centrale de production d'électricité par exemple une centrale d'éolienne en mer. Dans cette variante de réalisation, l'électricité produite par la centrale éolienne offshore ou onshore est transformée par un élévateur de la tension où amplifier par le dispositif de stockage afin de la transporter sur un réseau de consommation une puissance nécessaire à l'alimentation du réseau.
L'invention permet de résoudre les problèmes énoncés précédemment en proposant un dispositif de stockage écologique d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global comprenant :
- au moins un lest M compact et dense, de section S2, ayant une densité au moins égale à 1 et au moins une masse de 10000 kilogrammes,
- au moins une cavité (2) de circulation, définissant un domaine de mobilité du lest M, ladite cavité (2) ayant une hauteur H d'au moins 20 m, une dimension caractéristique de passage d d'au moins 1 m, de préférence 10 m, une section S 1 limitant le milieu interne, une partie inférieure P 1 formant un fond, une partie supérieure P2 accessible ouverte sur une plateforme, ladite cavité (2) ayant un axe principal de circulation YY' et comprenant au moins un fluide F,
- au moins un câble C permettant de relier le lest M à au moins un tambour T et au moins un premier moyen comprenant un système de blocage et de déblocage du tambour T, ledit premier moyen permettant de maintenir le lest à l'intérieur de la cavité (2) ou sur la plateforme de ladite cavité (2) pendant un temps donné, en position d'équilibre à une altitude donnée sans perte d'énergie potentielle,
- au moins un deuxième moyen comprenant au moins un moteur électrique ME permettant de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau électrique (1) en énergie potentielle de gravitation en entraînant le tambour T, ledit deuxième moyen permettant d'augmenter l'altitude du lest M lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible,
- au moins un troisième moyen comprenant au moins une génératrice électrique GE, ladite génératrice étant connectée mécaniquement au tambour T et assurant la régulation de la vitesse du lest M d'une part et fournissant au réseau la puissance électrique dont il a besoin d'autre part, ledit troisième moyen permettant de diminuer l'altitude du lest M lorsque le réseau demande de l'énergie électrique, en transformant l'énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique du lest M en une énergie électrique, ladite énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique transformées étant fournies au réseau,
- au moins un quatrième moyen permettant de mesurer l'altitude du lest M au moins lorsque ledit lest est proche du fond de la cavité (2),
- au moins un cinquième moyen de commande en temps réel ou différé comprenant un calculateur permettant de piloter les premier, deuxième et troisième moyens précédemment cités, en fonction de l'abondance et de la disponibilité de l'énergie électrique du réseau, de l'énergie électrique demandée par ce réseau et de la position du lest M.
Il est avantageux que :
- la cavité (2) précédemment définie soit conçue et/ou renforcée avec des matériaux de structure particulière et complexe susceptible de supporter sans risque un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute dudit lest M dans ladite cavité (2),
- le lest M précédemment définie ait une forme hydrodynamique et/ou aérodynamique adaptée de telle sorte que, en fonctionnement normal, les frottements hydrodynamiques et/ou
aérodynamiques appliqués sur ledit lest M par le fluide F soient en général négligeables et de telle sorte que le fluide F contenu dans la cavité (2) puisse circuler, en général, librement sans gêner de façon significative les mouvements dudit lest M dans ladite cavité (2).
- le facteur de sécurité Q correspondant au fonctionnement normal et anormal dudit dispositif de stockage d'énergie, soit multiunivoque ou co-univoque ou multivoque, ledit facteur Q étant inférieur à une valeur Qmin prédéfinie en mode normal et à une valeur supérieur à Qmin en mode anormal.
- la cavité (2) ait dimension caractéristique de passage d de la cavité (2) d'au moins 1 mètre, de préférence 6 mètres ou 10 mètres.
Il est avantageux que :
la cavité (2) comprenne au moins un premier fluide Fl et un deuxième fluide F2, de densité respective Dl et D2, telle que Dl soit très inférieure à D2, lesdits fluides Fl et F2 étant répartis dans la cavité de manière à occuper respectivement en totalité chacun un volume VI et V2 correspondant à une hauteur Hl et H2 respectivement ;
la cavité (2) comprenne dans sa partie inférieure au moins un système de suspension élastique antivibratoire et/ou antichoc, cedit système est installé au fond de la cavité (2) par l'intermédiaire des moyens de roulement permettant à cedit système de glisser facilement dans ladite cavité (2) de façon à ce qu'en cas de rupture du câble et/ou de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive, ledit système soit susceptible d'absorber l'énergie maximale correspondant à la chute du lest M dans ladite cavité (2) ;
le coefficient de freinage J soit adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q soit inférieur à 0,7 en fonctionnement normal et/ou ledit coefficient de freinage J soit adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q soit supérieur à 0,7, de préférence tend vers 1, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI ;
le lest M comprenne un système hydromécanique ou hydroélectromécanique, ledit système hydromécanique comprenne au moins un moyen (7) et au moins un orifice (6) placé dans la partie inférieure du lest M, le moyen (7) étant libre de se déplacer dans une partie de l'orifice (6) sous l'effet d'une force de poussée exercée par le fluide ; le facteur de sécurité Q du milieu, la vitesse V du lest M soient cordonnées au dit système hydromécanique ou hydroélectromécanique pour permettre au lest M de réguler et/ou de freiner son mouvement en fonction du facteur de sécurité Q du milieu, de la vitesse dudit lest M et du fluide Fl et/ou F2.
le lest comprenne un alésage ou un poche (8) ;
la plateforme comprenne un alésage ou une poche (9) nécessaire pour stocker les masses, la cavité (2) comprenne en outre, une section S3 située dans la partie inférieure de cavité (2), sur une hauteur H3, et le coefficient de freinage Jl soit adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cette dite section S3 soit suffisamment important en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure
PI, de telle sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure Pl .
la cavité (2) comprenne en outre une autre cavité (3) de section S4 située dans la partie inférieure de cettedite cavité (2), sur une hauteur H4, ladite cavité (3) comprenne un ou plusieurs trous de section supérieure à 3 centimètres carrés sur sa surface latérale et au moins un fluide de densité au moins inférieure à 1 , 1 , et /ou le coefficient de freinage 32 soit adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cettedite cavité (3) soit suffisamment important en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI de sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI en évacuant une certaine quantité de fluide F, Fl et/ou F2 dans lesdits trous, ladite cavité (3) étant conçu avec des matériaux adéquate et particulière susceptible de supporter sans risque un choc de très grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute dudit lest M dans ladite cavité (3).
la cavité (3) soit amovible, comprenne un trou situé dans sa partie inférieure et puisse se déplacer au moment voulu dans la cavité (2) sans enfreindre le mouvement du fluide F, Fl et/ou F2, et ladite cavité (3) soit maintenue à l'équilibre dans la cavité (2) de façon flottante dans la zone où la densité du fluide est importante, de préférence proche de la partie inférieure formant un fond PI, ladite cavité (3) permet de recevoir le lest à une certaine altitude et de le diriger en toute sécurité vers la partie inférieure PI formant un fond tout en le freinant efficacement. ssi avantageux que :
le dispositif comprenne en outre au moins un sixième moyen embarqué et solidaire au lest M, ledit moyen comprend des moyens de détections électroniques et/ou
électromagnétiques, lesdits moyens de détections permettent en temps réel ou différé, à quelques mètres du lest M, de repérer en toute sécurité les différentes positions du lest M lors de sa descente et de sa montée, de repérer en toute sécurité les obstacles et/ou les variations de densité et/ou de pression du fluide F, Fl et/ou F2 et/ou la vitesse relative du fluide F, Fl et/ou F2 par rapport au lest M et de modérer localement le déplacement dudit lest M dans la cavité (2) et/ou dans la cavité (3) et/ ou lesdits moyens de détection permettent de piloter la vitesse du lest M lors du passage du fluide de densité Dl vers le fluide de densité D2 et inversement de telle sorte que le changement du milieu s'effectue en toute sécurité.
Il est également avantageux que :
- le calculateur du cinquième moyen de commande ait une capacité de traduire les consignes permet de définir, dans le premier fluide, l'instant initial T0 pour lequel le premier moyen sera actionné et pour lequel au moins un lest M sera libéré, le temps TCL1 d'accélération d'au moins un lest M, la puissance redistribuée au réseau à partir de l'instant Tl à la fin de l'accélération, le temps TVC1 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau, le temps TVD de décélération pendant lequel la vitesse d'au moins un lest M sera adaptée pour franchir le deuxième fluide F2 en toute sécurité, le temps TCL2 d'accélération d'au moins un lest M dans le deuxième fluide, le temps TVC2 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau dans le deuxième fluide, un temps TF pendant lequel ladite vitesse sera pilotée pour revenir à une vitesse nulle ;
le dispositif comprenne en outre un accumulateur d'énergie à restitution très rapide, ledit accumulateur soit placé entre le générateur et le réseau et permet de fournir une énergie au réseau pendant le temps de latence TCL1 et/ou TCL2, ce dit temps de latence soit le temps nécessaire pour qu'au moins un lest M arrive à la vitesse désirée V ou V, en
fonctionnement normal, ladite vitesse soit inférieure à 6 mètres par seconde.
Il est avantageux que
le dispositif comprenne plusieurs lests de masses égales ou différentes, stockés au sommet de la cavité de circulation (2), lesdits lests sont mis en action les uns après les autres dans la même cavité de circulation, en fonction des besoins électriques du réseau (1), permettant ainsi d'augmenter l'énergie totale redistribuable et/ou la puissance instantanée fournie au réseau, et/ou ledit dispositif comprend en outre plusieurs cavités de circulation (2), lesdites cavités comprennent chacune, des moyens de pilotage et au moins un ou plusieurs lests, lesdits moyens de pilotage sont coordonnés pour fournir un temps de réponse plus court et/ou une énergie plus grande et /ou une puissance instantanée plus grande au réseau ; la cavité (2) comprenne au moins trois lests Ml, M2, M3 de sections respectives S21, S22, S33 distants l'un de l'autre de dl2, dl3, et d23, lesdits lests peuvent se déplacer au même moment ou de façon différée dans ladite cavité ;
le coefficient de freinage J4 soit adapté de telle sorte que le facteur de sécurité dans la cavité (2) soit supérieur à 0,7, de préférence tend vers 1, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI, et/ou ledit facteur de sécurité Q soit inférieur à 0,7 en fonctionnement normal et/ou le coefficient de freinage J5 soit adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cette dite partie inférieure soit suffisamment important en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI, de préférence supérieur ou égal à 1, de telle sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI ;
- la cavité (2) comprenne en outre au moins deux supports de rail (11), de préférence trois supports de rail (11), chaque support de rail (11) comprenant deux rails ou deux glissières fixées solidement sur la structure interne de ladite cavité (2)
le lest comprenne en outre au moins deux roues, lesdites roues ayant un axe de rotation solidaire au lest et étant susceptible de se mouvoir sur au moins un rail.
le dispositif comprenne en outre au moins 2N câbles, N étant un nombre entier naturel, de préférence 16 câbles, reliés à un au moins un palonnier équilibrant les efforts sur tous les câbles, ledit palonnier étant relié à au moins un moyen mécanique d'accrochage permettant de libérer ou maintenir le lest du palonnier, ledit palonnier et/ou ledit moyen mécanique étant guidé par un ensemble d'au moins 2 roues ;
- le dispositif comprenne en outre au moins un tambour T mobile sur la plateforme.
la cavité (2) soit un puits de mines sensiblement vertical ou une cuvette naturelle ou artificielle.
le dispositif soit couplé avec une centrale de production d'électricité par exemple une centrale d'éolienne offshore ou onshore. L'invention permet également de résoudre les problèmes énoncés précédemment en proposant un procédé de stockage d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global, permettant de prélever de l'énergie électrique sur un réseau (1) lorsqu'elle est abondante et disponible sur ce réseau (1), redistribuant de l'énergie électrique au réseau (1) lorsque celui-ci en a besoin, ce dit procédé permettant de faire fonctionner le dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation précédents.
Le cycle d'accumulation et de restitution d'énergie électrique peut être piloté selon les étapes suivantes :
- étape a) dès que l'énergie électrique est abondante et disponible sur le réseau, le deuxième moyen augmente l'altitude du lest M dans l'axe principal de circulation ou suivant un autre chemin en transformant l'énergie électrique du réseau en énergie potentielle de gravitation, si ladite énergie électrique abondante et disponible le permet, le lest M est remonté jusqu'à son altitude maximale, sur la plateforme P2 par exemple, ledit lest M ayant donc acquis une énergie potentielle de gravitation, cette dite énergie pouvant être restituée en tout ou partie ultérieurement,
- étape b) au moins un lest M est maintenu par le premier moyen, par exemple sur la plateforme P2 de la cavité (2), en position d'équilibre stable, à une altitude donnée, sans perte d'énergie,
- étape c) à l'instant T=T0, dès que le réseau a besoin d'énergie ou légèrement avant, le premier moyen libère au moins un lest M sans vitesse initiale, ledit lest est alors accéléré sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL1 jusqu'à atteindre une vitesse désirée V1=V à l'instant Tl, pendant ce temps TCL1, la puissance augmente progressivement jusqu'à atteindre une puissance électrique PU1 = PU à l'instant Tl,
- étape d) à partir de cet instant Tl le troisième moyen permet de fournir au réseau la puissance électrique PU demandée et ceci jusqu'à l'instant T2, la vitesse dudit lest étant adaptée pour fournir la puissance électrique demandée par le réseau par exemple, si la demande de puissance est constante alors la vitesse de descente sera constante, le temps écoulé entre T2 et Tl étant égal à TVC1,
- étape e) entre T2 et T3, le sixième moyen détecte le deuxième fluide et le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TVD de sorte que la vitesse à l'instant T3 soit adaptée pour permettre au lest de franchir le deuxième fluide en toute sécurité, de préférence à une vitesse V3 inférieure à V à l'instant T3.
- étape f) à l'instant T=T3, ledit lest franchit le deuxième fluide en toute sécurité avec la vitesse V3 et ce dit lest est de nouveau accéléré, de manière régulée aux besoins énergétiques du réseau (1), sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL2 jusqu'à atteindre une vitesse V4=V à l'instant T4, pendant ce temps TCL2, la puissance augmente progressivement jusqu'à atteindre une puissance électrique PU2 = PU' à l'instant T4, de préférence PU1=PU2
- étape g) à partir de cet instant T4 le troisième moyen fourni au réseau (1) la puissance électrique PU' demandée et ceci jusqu'à l'instant T5, la vitesse dudit lest étant adaptée pour fournir la puissance demandée par le réseau, par exemple si la demande de puissance est constante, alors la vitesse de descente sera constante, le temps écoulé entre T5 et T4 étant égal à TVC2,
- étape h) entre T5 et T6, le quatrième moyen et le sixième moyen détectent la partie inférieure de la cavité (2) et /ou de la cavité (3) et le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TF de sorte que la vitesse du dit lest à l'instant T6 redevient nulle,
- étape i) lorsque plusieurs cycles de production d'électricité au réseau ont été réalisés et dès que l'électricité est abondante et disponible sur le réseau, on revient à l'étape a).
Il est avantageux que ledit procédé comprenne au moins deux lests Ml, M2, le premier lest Ml soit lâché en premier, le deuxième lest soit lâché avec un retard delta t par rapport au premier lest et par le fait que la puissance totale fournie par ledit procédé puisse être régulée en fonction des besoins du réseau (1), notamment la puissance totale peut rester quasiment constante, quel que soit le mouvement de l'un des lests, tel que l'arrêt et/ou la décélération et/ou l'accélération et/ou un mouvement rectiligne uniforme et pendant la remontée d'un lest.
Il est avantageux que ledit procédé permette au lest M de réguler et/ou de freiner son mouvement dans le cas d'un mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI de la manière suivante :
-en fonctionnement normal la pression PA est sensiblement égale à la pression PB, le facteur sécurité Q est inférieur à 0,7 et le coefficient de freinage est adapté en fonction du facteur de sécurité et de la vitesse du lest M. -Lorsque la pression PB est différents de la pression PA, de préférence supérieure à la pression PA, et/ou lorsque le facteur de sécurité Q est tend vers 1 lors du fonctionnement anormal, de préférence supérieure à 0,7, le fluide Fl et/ou F2 présent dans l'orifice (6) exerce une force de poussée importante sur le moyen (7),
-le moyen (7) se déplace vers l'extérieur de l'orifice entraînant une augmentation du facteur de sécurité Q et du coefficient de freinage J et/ou Jl et/ou J2 et/ou J3, de préférence un coefficient de freinage inférieur ou égal à 1 , suivi d'une diminution de la vitesse du lest M, -lorsque la vitesse du lest redevient normale et/ou lorsque la pression PA devient sensiblement égale à la pression PB, le moyen (7) reprend sa position initiale et le lest M peuvent produire une puissance nominale au réseau ou reposer en toute sécurité dans la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2) et/ou (3).
Avantageusement pendant la phase de descente du lest M, correspondant à la demande d'énergie électrique par le réseau (1), le mouvement du lest M est régi dans le premier fluide par trois types de mouvements entre T0 et T3 :
- par un mouvement accéléré pendant un temps TCL1 entre T0 et Tl ;
par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC1 entre Tl et T2 ;
par un mouvement adapté à des conditions de sécurité suffisantes pour franchir le deuxième fluide en toute sécurité pendant un temps TVD entre T2 et T3. Avantageusement dans le deuxième fluide, le mouvement du lest M est également régi par trois types de mouvements entre T3 et T6 :
D'abord par un mouvement accéléré de manière régulé au besoin électrique du réseau (1) pendant un temps TCL2 ;
puis par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC2 ;
et enfin, par un mouvement décéléré pendant un temps TF.
Le dispositif de stockage d'énergie selon l'invention utilise des techniques et des moyens simples. On voit donc qu'il est possible de réaliser de façon industrielle un dispositif et de définir un procédé permettant d'emmagasiner une grande quantité d'énergie quand celle-ci est abondante et bon marché sur un réseau et de la redistribuer avec une grande réactivité et une grande puissance au réseau quand celui-ci en a besoin, et ceci, à coût faible et de façon écologique.
Contrairement aux préjugés qui consistaient à croire qu'il était impossible d'emmagasiner à coût faible de grandes quantités d'énergie restituable avec une grande réactivité à un réseau, le dispositif et procédé objet de l'invention permet donc de proposer une solution technique au problème technique énoncé précédemment.
L'homme de l'art pourra appliquer l'invention à de nombreux autres systèmes similaires sans sortir du cadre de l'invention défini dans les revendications jointes. Par exemple il est possible de remplacer le câble C par une chaîne ou de combiner le moteur et la génératrice dans un motogénérateur comprenant un système de commutation électronique permettant d'utiliser les bobinages soit en mode moteur soit en mode générateur.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes et variantes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims

REVENDICATIONS
1) Dispositif de stockage écologique d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global, comprenant :
- au moins un lest M compacte et dense, de section S2, ayant une densité au moins égale à 1 et au moins une masse de 10000 kilogrammes,
- au moins une cavité (2) de circulation, sensiblement verticale, définissant un domaine de mobilité du lest M, ladite cavité (2) ayant une hauteur H d'au moins 20 mètres, une dimension caractéristique de passage d, une section S 1 limitant le milieu interne, une partie inférieure P 1 formant un fond, une partie supérieure P2 accessible ouverte sur une plateforme, ladite cavité (2) ayant un axe principal de circulation YY' et comprenant au moins un fluide F,
- au moins un câble C permettant de relier le lest M à au moins un tambour T et au moins un premier moyen comprenant un système de blocage et de déblocage du tambour T, ledit premier moyen permettant de maintenir le lest à l'intérieur de la cavité (2) ou sur la plateforme de ladite cavité (2) pendant un temps donné en position d'équilibre à une altitude donnée, sans perte d'énergie potentielle
- au moins un deuxième moyen comprenant au moins un moteur électrique ME permettant de transformer l'énergie électrique prélevée au réseau électrique (1) en énergie potentielle de gravitation en entraînant le tambour T, ledit deuxième moyen permettant d'augmenter l'altitude du lest M lorsque l'énergie électrique du réseau est abondante et disponible,
- au moins un troisième moyen comprenant au moins une génératrice électrique GE, ladite génératrice étant connectée mécaniquement au tambour T et assurant la régulation de la vitesse du lest M d'une part et fournissant au réseau la puissance électrique dont il a besoin d'autre part, ledit troisième moyen permettant de diminuer l'altitude du lest M lorsque le réseau demande de l'énergie électrique, en transformant l'énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique du lest M en une énergie électrique, ladite énergie potentielle de gravitation et éventuellement l'énergie cinétique transformées étant fournies au réseau,
- au moins un quatrième moyen permettant de mesurer l'altitude du lest M au moins lorsque ledit lest est proche du fond de la cavité (2),
- au moins un cinquième moyen de commande en temps réel ou différé, comprenant un calculateur permettant de piloter les premier, deuxième et troisième moyens précédemment cités, en fonction de l'abondance et de la disponibilité de l'énergie électrique du réseau, de l'énergie électrique demandée par ce réseau et de la position du lest M,
caractérisé en ce que
- la cavité (2) étant conçue et/ou renforcée avec des matériaux de structure particulière et complexe susceptible de supporter sans risque un choc de grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute dudit lest M dans ladite cavité (2), - le lest M ayant une forme hydrodynamique et/ou aérodynamique adaptée de telle sorte que, en fonctionnement normal, les frottements hydrodynamiques et/ou aérodynamiques appliqués sur ledit lest M par le fluide F soient en général, en fonctionnement normal, négligeables et de telle sorte que le fluide F contenu dans la cavité (2) puisse circuler, en général, en fonctionnement normal, librement sans gêner de façon significative les mouvements dudit lest M dans ladite cavité (2),
- le facteur de sécurité Q correspondant au fonctionnement normal et anormal dudit dispositif de stockage d'énergie, étant multiunivoque ou co-univoque ou multivoque, ledit facteur Q étant inférieur à une valeur Qmin prédéfinie en mode normal et à une valeur supérieur à Qmin en mode anormal,
- la cavité (2) ayant une dimension caractéristique de passage d d'au moins 1 mètre, de préférence 6 mètres ou 10 mètres.
2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cavité (2) comprenant au moins un premier fluide F 1 et un deuxième fluide F2 de densités respectives Dl et D2, telles que Dl soit très inférieure à D2, lesdits fluides Fl et F2 étant répartis dans la cavité de manière à occuper respectivement en totalité chacun un volume VI et V2 correspondant à une hauteur Hl et H2 respectivement. 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cavité (2) comprenant dans sa partie inférieure au moins un système de suspension élastique antivibratoire et/ou antichoc, ce dit système étant installé au fond de la cavité (2) par l'intermédiaire des moyens de roulement permettant à cedit système de glisser facilement dans ladite cavité (2) de façon à ce qu'en cas de rupture du câble et/ou de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive, ledit système soit susceptible d'absorber l'énergie maximale correspondant à la chute du lest M dans ladite cavité (2).
4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le coefficient de freinage J étant adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q soit inférieur à 0,7 en fonctionnement normal et/ou en ce que ledit coefficient de freinage étant adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q soit supérieur à 0,7, de préférence tendant vers 1, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure Pl.
5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le lest M comprenant un système hydromécanique ou hydroélectromécanique, ledit système hydromécanique comprenant au moins un moyen (7), au moins un orifice (6) placé dans la partie inférieure du lest M et le fluide Fl et/ou F2, ledit moyen (7) étant libre de se déplacer dans une partie de l'orifice (6) sous l'effet d'une force de poussée exercée par le fluide et en ce que le facteur de sécurité Q du milieu, la vitesse V du lest M étant cordonnée au dit système hydromécanique ou
hydroélectromécanique pour permettre au lest M de réguler et/ou de freiner son mouvement en fonction du facteur de sécurité Q du milieu, de la vitesse dudit lest M et du fluide Fl et/ou F2. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cavité (2) comprenant en outre, une section S3 située dans la partie inférieure de cettedite cavité (2), sur une hauteur H3, et en ce que le coefficient de freinage Jl étant adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cette dite section S3 soit suffisamment important en cas de mauvais
fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI, de telle sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI .
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la cavité (2) comprend en outre une autre cavité (3) de section S4 située dans la partie inférieure de cettedite cavité (2), sur une hauteur H4, ladite cavité (3) comprenant un ou plusieurs trous de section supérieure à 3 centimètres carrés sur sa surface latérale et au moins un fluide de densité au moins inférieure à 1,1, et/ou en ce que le coefficient de freinage J2 étant adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cettedite cavité (3) soit suffisamment important en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI de sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI en évacuant une certaine quantité de fluide F, Fl et/ou F2 dans lesdits trous, ladite cavité (3) étant susceptible de supporter sans risque un choc de très grande énergie correspondant à l'énergie maximale de chute dudit lest M dans ladite cavité (3).
8) dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la cavité (3) étant mobile, comprenant un trou situé dans sa partie inférieure et pouvant se déplacer au moment voulu dans la cavité (2) sans enfreindre le mouvement du fluide F, Fl et/ou F2, ladite cavité (3) est maintenue à l'équilibre dans la cavité (2) de façon flottante dans la zone où la densité du fluide est importante, de préférence proche de la partie inférieure formant un fond PI, ladite cavité (3) permettant de recevoir le lest à une certaine altitude et de le diriger en toute sécurité vers la partie inférieure PI formant un fond tout en le freinant efficacement.
9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif comprenant en outre au moins un sixième moyen embarqué et solidaire au lest M, ledit moyen comprenant des moyens de détections électroniques et/ou électromagnétiques, lesdits moyens de détections permettant, en temps réel ou différé, à quelques mètres du lest M, de repérer en toute sécurité les différentes positions du lest M lors de sa descente et de sa montée, de repérer en toute sécurité les obstacles et/ou les variations de densité et/ou de pression du fluide F, Fl et/ou F2 et/ou la vitesse relative du fluide F, Fl et/ou F2 par rapport au lest M et de modérer localement le déplacement dudit lest M dans la cavité (2) et/ou dans la cavité (3) et/ ou en ce que, lesdits moyens de détections permettant de piloter la vitesse du lest M lors du passage du fluide de densité Dl vers le fluide de densité D2 et inversement de telle sorte que le changement du milieu s'effectue en toute sécurité. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, le calculateur du cinquième moyen de commande ayant la capacité de traduire les consignes permettant de définir, dans le premier fluide, l'instant initial T0 pour lequel le premier moyen sera actionné et pour lequel au moins un lest M sera libéré, le temps TCLl d'accélération d'au moins un lest M, la puissance redistribuée au réseau à partir de l'instant Tl à la fin de l'accélération, le temps TVC1 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau, le temps TVD de décélération pendant lequel la vitesse d'au moins un lest M sera adaptée pour franchir le deuxième fluide F2 en toute sécurité, le temps TCL2 d'accélération d'au moins un lest M dans le deuxième fluide, le temps TVC2 pendant lequel la vitesse de descente sera pilotée par le troisième moyen pour avoir une vitesse adaptée à la puissance demandée par le réseau dans le deuxième fluide, un temps TF pendant lequel ladite vitesse sera pilotée pour revenir à une vitesse nulle.
11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, ledit dispositif comprenant en outre un accumulateur d'énergie à restitution très rapide, ledit accumulateur étant placé entre le générateur et le réseau et permettant de fournir une énergie au réseau pendant le temps de latence TCLl et/ou TCL2, ce dit temps de latence étant le temps nécessaire pour qu'au moins un lest M arrive à la vitesse désirée V ou V, en fonctionnement normal, ladite vitesse étant inférieure à 6 mètres par seconde. 12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite cavité (2) comprenant en outre au moins deux supports de rail (11), de préférence trois supports de rail (11), chaque support de rail (11) comprenant deux rails ou deux glissières (10) fixées solidement sur la structure interne de ladite cavité (2), et le lest comprenant en outre au moins deux roues, lesdites roues ayant un axe de rotation solidaire au lest et étant susceptible de se mouvoir sur au moins un rail.
13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins 2N câbles C, N étant un nombre entier naturel, de préférence 16 câbles C, reliés à un au moins un palonnier (12) équilibrant les efforts sur tous les câbles C, ledit palonnier (12) étant relié à au moins un moyen mécanique d'accrochage (13) permettant de libérer ou maintenir le lest du palonnier (12), ledit palonnier (12) et/ou ledit moyen mécanique (13) étant guidé par un ensemble d'au moins 2 roues et en ce qu'il comprend en outre au moins un tambour T mobile sur la plateforme. 14) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit dispositif, comprenant plusieurs lests de masses égales ou différentes, stockées au sommet de la cavité de circulation (2), lesdits lests étant mis en action les uns après les autres dans la même cavité de circulation (2), en fonction des besoins électriques du réseau (1), permettant ainsi d'augmenter l'énergie totale redistribuable et/ou la puissance instantanée fournie au réseau, et/ou ledit dispositif comprenant en outre plusieurs cavités de circulation (2), lesdites cavités comprenant chacune des moyens de pilotage et au moins un ou plusieurs lests, lesdits moyens de pilotage étant coordonnés pour fournir un temps de réponse plus court et/ou une énergie plus grande et /ou une puissance instantanée plus grande au réseau.
15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cavité (2) comprend au moins trois lests Ml, M2 , M3 de sections respectives S21, S22, S33 distants l'un de l'autre de dl2, dl3, et d23, lesdits lests pouvant se déplacer au même moment ou de façon différée dans ladite cavité, en ce que le coefficient de freinage J4 étant adapté de telle sorte que le facteur de sécurité Q dans ladite cavité (2) soit supérieur à 0,7, de préférence tend versl, en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI et/ou en ce que ledit facteur de sécurité étant inférieur à 0,7 en fonctionnement normal et/ou en ce que le coefficient de freinage J5 étant adapté pour que le facteur de sécurité Q dans cette dite partie inférieure soit suffisamment important en cas de mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et ou de rapprochement de la partie inférieure PI, de préférence tend vers ou égal à 1, de sorte que ledit lest M soit freiné avant d'atteindre la partie inférieure PI .
16) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la cavité est un puits de mines sensiblement vertical ou une cuvette naturelle ou artificielle.
17) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est couplé avec une centrale de production d'électricité par exemple une centrale d'éolienne offshore ou onshore.
18) Procédé de stockage d'énergie récupérable à haut rendement énergétique global, permettant de prélever de l'énergie électrique sur un réseau (1) lorsqu'elle est abondante et disponible sur ce réseau (1), redistribuant de l'énergie électrique au réseau (1) lorsque celui-ci en a besoin, ce dit procédé permettant de faire fonctionner le dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 17 caractérisé en ce que le cycle d'accumulation et de restitution d'énergie électrique, pouvant être piloté selon les étapes suivantes :
- étape a) dès que l'énergie électrique est abondante et disponible sur le réseau, le deuxième moyen augmente l'altitude du lest M dans l'axe principal de circulation ou suivant un autre chemin en transformant l'énergie électrique du réseau en énergie potentielle de gravitation, si ladite énergie électrique abondante et disponible le permet, le lest M est remonté jusqu'à son altitude maximale, sur la plateforme P2 par exemple, ledit lest M ayant donc acquis une énergie potentielle de gravitation, cettedite énergie pouvant être restituée en tout ou partie ultérieurement,
- étape b) au moins un lest M est maintenu par le premier moyen, par exemple sur la plateforme P2 de la cavité (2), en position d'équilibre stable, à une altitude donnée, sans perte d'énergie,
- étape c) à l'instant T=T0, dès que le réseau a besoin d'énergie, ou légèrement avant, le premier moyen libère au moins un lest M sans vitesse initiale, ledit lest est alors accéléré sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL1 jusqu'à atteindre une vitesse désirée V1=V à l'instant Tl, pendant ce temps TCL1, la puissance augmente progressivement jusqu'à atteindre une puissance électrique PU1 = PU à l'instant Tl,
- étape d) à partir de cet instant Tl le troisième moyen permet de fournir au réseau la puissance électrique PU demandée et ceci jusqu'à l'instant T2, la vitesse dudit lest étant adaptée pour fournir la puissance électrique demandée par le réseau, par exemple si la demande de puissance est constante, alors la vitesse de descente sera constante, le temps écoulé entre T2 et Tl étant égal à TVC1,
- étape e) entre T2 et T3, le sixième moyen détecte le deuxième fluide et le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TVD de sorte que la vitesse à l'instant T3 soit adaptée pour permettre au lest de franchir le deuxième fluide en toute sécurité, de préférence à une vitesse V3 inférieure à V à l'instant T3.
- étape f) à l'instant T=T3, ledit lest franchi le deuxième fluide en toute sécurité avec la vitesse V3 et ce dit lest est de nouveau accéléré, de manière régulée aux besoins énergétiques du réseau (1), sous l'effet de son poids pendant un temps d'accélération égal à TCL2 jusqu'à atteindre une vitesse V4=V à l'instant T4, pendant ce temps TCL2, la puissance augmente progressivement jusqu'à atteindre une puissance électrique PU2 = PU' à l'instant T4, de préférence PU1=PU2
- étape g) à partir de cet instant T4 le troisième moyen fournit au réseau (1) la puissance électrique PU' demandée et ceci jusqu'à l'instant T5, la vitesse dudit lest étant adaptée pour fournir la puissance demandée par le réseau, par exemple si la demande de puissance est constante alors, la vitesse de descente sera constante, le temps écoulé entre T5 et T4 étant égal à TVC2,
- étape h) entre T5 et T6, le quatrième moyen et le sixième moyen détectent la partie inférieure de la cavité (2) et /ou de la cavité (3) et le mouvement du lest est piloté pendant un laps de temps égal à TF de sorte que la vitesse du dit lest à l'instant T6 redevienne nulle,
- étape i) lorsque plusieurs cycles de productions d'électricité au réseau ont été réalisés et dès que l'électricité est abondante et disponible sur le réseau, on revient à l'étape a).
19) Procédé de stockage d'énergie récupérable selon la revendication 18 caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux lests Ml, M2, le premier lest Ml est lâché en premier, le deuxième lest est lâché avec un retard delta t par rapport au premier lest et en ce que, la puissance totale fournie par ledit procédé pouvant être régulée en fonction des besoins du réseau (1), par exemple elle peut rester quasiment constante, quelque soit le mouvement de l'un des lests, tels que l'arrêt et/ou la décélération et/ou l'accélération et/ou un mouvement rectiligne uniforme et pendant la remontée d'un lest.
20) procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 19, caractérisé en ce que pendant la phase de descente du lest M, correspondant à la demande d'énergie électrique par le réseau (1), le mouvement du lest M est régi dans le premier fluide par trois types de mouvements entre TO et T3 :
- par un mouvement accéléré pendant un temps TCL1 entre TO et Tl ;
par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC1 entre Tl et T2 ;
par un mouvement adapté à des conditions de sécurité suffisantes pour franchir le deuxième fluide en toute sécurité pendant un temps TVD entre T2 et T3. 21) procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, caractérisé en ce que dans le deuxième fluide, le mouvement du lest M est également régi par trois types de mouvements entre T3 et T6 :
D'abord par un mouvement accéléré de manière régulé au besoin électrique du réseau (1) pendant un temps TCL2 ;
- puis par un mouvement adapté au besoin de puissance électrique du réseau pendant un temps TVC2 ;
et enfin, par un mouvement décéléré pendant un temps TF.
22) Procédé de stockage d'énergie récupérable selon l'une quelconque des revendications précédentes permettant au lest M de réguler et/ou de freiner son mouvement dans le cas d'un mauvais fonctionnement et/ou de vitesse excessive et/ou de rapprochement de la partie inférieure PI de la manière suivante :
- en fonctionnement normal la pression PA est sensiblement égale à la pression PB, le facteur sécurité Q est inférieur à 1, de préférence inférieur à 0,7 et le coefficient de freinage est adapté en fonction du facteur de sécurité et de la vitesse du lest M, lorsque la pression PB est supérieure à la pression PA et/ou lorsque le facteur de sécurité Q est supérieur à 1 lors du fonctionnement anormal, de préférence 0,7, le fluide Fl et/ou F2 présent dans l'orifice (6) exerce une force de poussée importante sur le moyen (7),
-le moyen (7) se déplace vers l'extérieur de l'orifice entraînant une augmentation du facteur de sécurité Q et du coefficient de freinage J et/ou Jl et/ou J2 et/ou J3, de préférence un coefficient de freinage inférieur ou égal à 1 , suivi d'une diminution de la vitesse du lest M,
-lorsque la vitesse du lest redevient normale et/ou lorsque la pression PA devient
sensiblement égale à la pression PB, le moyen (7) reprend sa position initiale et le lest M peut produire une puissance nominale au réseau ou reposer en toute sécurité dans la partie inférieure PI formant le fond de la cavité (2) et/ou (3).
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