WO2021237338A1 - Système et procédé de stockage et de production d'électricité - Google Patents

Système et procédé de stockage et de production d'électricité Download PDF

Info

Publication number
WO2021237338A1
WO2021237338A1 PCT/CA2021/050656 CA2021050656W WO2021237338A1 WO 2021237338 A1 WO2021237338 A1 WO 2021237338A1 CA 2021050656 W CA2021050656 W CA 2021050656W WO 2021237338 A1 WO2021237338 A1 WO 2021237338A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal powder
electrical network
electricity
site
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CA2021/050656
Other languages
English (en)
Inventor
Hakim Nesreddine
Georges Houlachi
Tom Marynowski
Claude VILLEMURE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydro Quebec
Original Assignee
Hydro Quebec
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Quebec filed Critical Hydro Quebec
Priority to CA3171989A priority Critical patent/CA3171989A1/fr
Priority to US17/924,888 priority patent/US11993858B2/en
Priority to EP21812894.0A priority patent/EP4150139A4/fr
Publication of WO2021237338A1 publication Critical patent/WO2021237338A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C1/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions
    • C25C1/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of solutions or iron group metals, refractory metals or manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C5/00—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses
    • C25C5/02—Electrolytic production, recovery or refining of metal powders or porous metal masses from solutions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/04—Diaphragms; Spacing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06—Operating or servicing
    • C25C7/08—Separating of deposited metals from the cathode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/183—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines in combination with metallurgical converter installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/002—Fluidised bed combustion apparatus for pulverulent solid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B15/00—Fluidised-bed furnaces; Other furnaces using or treating finely-divided materials in dispersion
    • F27B15/02—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
    • 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
    • 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
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using solid fuels; Combustion processes therefor
    • F23B2900/00003—Combustion devices specially adapted for burning metal fuels, e.g. Al or Mg
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • This disclosure relates to a system and method for storing and generating electricity. More specifically, it describes a power plant configured to absorb, convert, store and return electricity from a power grid using a metallic energy carrier.
  • Power and energy sources traditionally come from hydroelectric, gas, coal, nuclear power plants, as well as wind power plants, photovoltaics, etc. These sources have the particularity of generating electricity by transforming a third source of energy.
  • Back-up sources can then be added that absorb electrical energy from the grid to return power at the appropriate time.
  • These sources are normally the battery, the flywheel and the water pump.
  • hydro-pumping suffers from the same geographic and environmental issues as hydraulic power stations.
  • Another example is battery technology which is limited in energy storage. There is therefore room for improvement.
  • a power plant configured to operate in a first mode in which it supplies energy to a receiving electrical network, and in a second mode in which it absorbs energy from a source electrical network.
  • the power plant is characterized in that in said first mode, the power plant is configured to produce electricity using metal powder as fuel; and in said second mode, the plant is configured to store energy by using electricity from the source network to reconstitute the metal powder from the metal oxide.
  • a method of storing and generating electricity comprises the following steps: absorbing energy from a source electrical network by using electricity from the source electrical network to reconstitute metal powder from the metal oxide; generate energy using the reconstituted metal powder as fuel; and supplying the energy produced to a receiving electrical network.
  • a system for storing and generating electricity by means of metal powder is described.
  • the system comprises: a power generation module connected to a receiving electrical network, the power generation module being configured to produce electricity and metal oxide by the combustion of metal powder, and to supply electricity produced at the receiving electrical network; and a metal powder production module connected to a source electrical network, the metal powder production module being configured to absorb electricity by reconstituting the metal powder from the metal oxide with electricity from the network electric source.
  • a power plant configured to supply electricity to a receiving electrical network by the combustion of metal powder, and to absorb energy by reconstituting, with electricity from a source electrical network, the metal powder from the metal oxide produced by the combustion of the metal powder.
  • a system for storing and generating electricity by means of metallic powder comprises: a power generation module connected to a receiving electrical network, the power generation module being configured to produce electricity and metal oxide by the combustion of metal powder, and to supply electricity produced at the receiving electrical network; and a metal powder production module connected to a source electrical network, the metal powder production module being configured to absorb electricity by reconstituting the metal powder from the metal oxide with electricity from the network electric source.
  • a power plant configured to supply electricity to a receiving electrical network by the combustion of metal powder, and configured to absorb energy by reconstituting, with electricity from a source electrical network, the metal powder from metal oxide produced by the combustion of the metal powder.
  • a method of storing and generating electricity includes the following steps: producing metal powder at a first sub-site using electricity from a source power grid; and transporting the metal powder to a second sub-site for use as fuel to generate electricity to support a receiving power grid.
  • a method of storing and generating electricity is described. The method comprises the following steps: generating electricity at a first sub-site by the combustion of metal powder; supply the electricity produced to a receiving electrical network; and transporting metal oxide produced by the combustion of the metal powder to a second sub-site, to be reconstituted into a metal powder with electricity from a source electrical network.
  • a method of storing and generating electricity includes the following steps: producing metal powder at a site using electricity from a source power grid; and generate electricity at the same site to support a receiving power grid, using the metal powder as fuel.
  • Figure 1 is a diagram of an energy storage and production system, according to one embodiment.
  • Figure 2 is a diagram showing the system of Figure 1 connected to a power grid and acting as a power plant.
  • Figure 3 is a diagram of a metal plant, according to one embodiment.
  • Figure 4 is a diagram of a method for producing metallic fuel, according to one embodiment.
  • Figure 5 is a diagram of a process for producing electricity by burning metal, according to one embodiment.
  • Figures 6A to 6D are diagrams illustrating exemplary configurations of a power plant connected to one or two power grids.
  • a system 100 for the storage and production of electricity is schematically illustrated according to one embodiment. Described in general terms, the system 100 makes it possible to store energy in the form of metal powder and then to produce electrical power at the time wanted from the combustion of the metal powder. The system therefore behaves both as an electrical source and as an electrical load.
  • the system 100 includes a first storage module 101 and a second storage module 105, a power generation module 103, and a metal powder production module 107.
  • the metal powder production module 107 allows energy to be stored by using electricity to transform metal oxide into metal powder.
  • the power generation module 103 then makes it possible to produce electrical power at the desired time from the combustion of the metal powder.
  • the storage modules 101 and 105 make it possible to store the metal powder of the metal oxide as an intermediate between the power production module 103 and the metal powder production module 107.
  • the first storage module 101 can be used for store the metal powder produced by the metal powder production module 107 for an indefinite period before it is used as fuel in the power production module 103.
  • the second storage module 105 can be used to store the oxide metal created by the combustion of the metal powder in the power generation module 103 for an indefinite period, before it is supplied to the metal powder production module 107 for reconstitution into metal powder.
  • the system 100 can be connected to an electrical network 200 supplied by conventional power plants.
  • These conventional power plants may consist exclusively of non-variable power plants (eg hydroelectric power plants), exclusively variable power plants, or a combination of both. It is appreciated that conventional power plants can be coupled with decentralized energy resources 201.
  • the system can operate as a power plant 300 configured to absorb and convert, store, and return electricity from the power grid 200. For example, during a period of high demand for energy on the grid.
  • power grid 200 e.g.
  • the plant 300 can be operated in a first mode in which additional electricity is produced by the combustion of metal powders to support the network.
  • the plant 300 can be operated in a second mode in which excess electricity on the network is stored by reconstituting the metal powders.
  • the power plant 300 can act as a backup power plant that uses stored energy when there is a surplus to supplement the main energy production on a network when this is insufficient (e.g. when the energy produced by a non-variable source is insufficient to meet the needs which may vary seasonally or temporally).
  • the plant 300 can also be operated in a third mode in which it is at rest and neither produces nor absorbs energy, and / or in a fourth mode in which it is used as a rotating machine to provide additional network services. to the power grid 200.
  • the Power Plant 300 differs from traditional electricity storage systems at least in part due to the fact that it uses metallic powder as an energy carrier, fuel and storage medium.
  • the central 300 can thus be referred to as a metal central.
  • the power plant 300 can implement several processes related to the reduction of the metal oxide into a combustible metal, their storage and their conveyance, as well as any method linked to the combustion of the metal and the storage and conveying of the metal oxide. produced accordingly.
  • the plant 300 may include several modules and components. These can be divided into several sub-sites which are all part of the power plant 300. For example, there can be a metal powder production sub-site, a power generation sub-site and sub-sites. metal powder and / or oxide storage sites.
  • sub-sites can be interconnected with continuous supply means such as conveyors or other means of transport.
  • the sub-sites are located close to each other, for example at the same site and within a maximum distance of 100km or even 50km. It can also be understood that in certain embodiments, the sub-sites can all be connected to the same electrical network.
  • the sub-sites, modules and / or components can be located on different sites, for example on remote sites but in the same region, on sites located in two different regions or territories, on sites spaced apart by a distance greater than 50km or preferably 100km, and / or on sites connected to different electrical networks.
  • a metal plant 300 is illustrated according to a preferred embodiment.
  • the plant 300 is interconnected to an electrical network 200 which corresponds to a three-phase main power network.
  • the modules and components of the metal plant 300 can operate at a lower voltage. than a voltage of the electrical network 200 which is used to transport electricity over a long distance.
  • HT high voltage
  • LV low voltage
  • the terms "high” and “low” are relative terms, and that the values of HV and LV may vary from case to case.
  • the interconnection between the power plant 300 and the electrical network 200 comprises one or more transformation modules.
  • the interconnection comprises an HV / LV transformation module 301 for drawing electric current from the network 200 (source network) and a LV / HV transformation module 303 for injecting electric current into the network. 200 (receiving network).
  • Each of the transformation modules 301 and 303 can include their own voltage transformers or can alternatively use the same transformers depending on the operating mode of the plant 300.
  • two transformation modules 301 and 303 have been described in connection with the present One embodiment, it is appreciated that only one bidirectional transforming module can be provided in other embodiments.
  • the transformation module can equally well be a conventional voltage / current transformer or an assembly which contains rectifier and inverter type power conversion technologies and any accessory equipment.
  • the plant 300 is connected to a single power grid 200 which acts as the source network and the receiver network, it can be appreciated that in other embodiments the plant 300 can be connected to two networks. separate electrics.
  • the power plant 300 can be located at the border between two electrical networks, and can be configured to absorb electricity from one of the networks (source network) and inject electricity into the other network (network receiver).
  • the plant 300 is configured to absorb and store energy from the power grid 200 through the production / regeneration of metallic fuel.
  • the plant 300 implements a method of producing metallic fuel 400 which uses the LV electricity from the HV / LV transformation module 301 in order to regenerate metallic fuel from the stored metal oxide. in the central 300.
  • the plant 300 can include several modules for implementing the method 400, such as a module for shaping the electric wave 305, a module for preparing and conditioning the metal oxide 307, and a module for producing metal powder 309.
  • the metal powder production module 309 is configured to produce metal powder. metallic fuel by an electrolytic process.
  • the module 305 is therefore configured to condition the power supply coming from the HV / LV transformation module 301 for use in the context of an electrolysis process.
  • module 307 is configured to prepare and / or condition metal oxide in a manner suitable for use in an electrolysis process. It should be noted that other configurations are possible.
  • the transformation module 309 can be configured to produce the metallic fuel by other methods, such as direct chemical reduction of the oxides, for example by hydrogen or by electrolysis in an alkaline medium.
  • the modules 305 and 307 can be configured to condition the electrical signal and the oxides respectively as needed.
  • the process is configured to produce iron from iron oxide by means of the electrolysis process.
  • the process produces the iron in powder form for use as fuel.
  • the electrolysis conditions such as current and overvoltage, can be adjusted in order to obtain different sizes of iron particles, for example ranging from 40 to 850 ⁇ m. It should be noted that although a process using iron is illustrated, different metals and corresponding oxides can be used in other embodiments.
  • the process 400 comprises a first leaching step 401 which makes it possible to convert iron oxide stored in solid form into a solution suitable for electrolysis.
  • iron oxides produced during the combustion of iron powders are collected to feed leach tanks.
  • Mixing and some separation of the agglomerates is carried out to allow efficient dissolution of the iron oxide in the sulfuric acid.
  • the leaching of iron oxides can be carried out in three (3) leach tanks containing sulfuric acid at a concentration of 50 g / L.
  • the temperature of the solution can be maintained at 40 ° C and mixing can be done using hanging mixers.
  • the iron oxide (Fe203) is dissolved and the iron in the ferric state can be reduced during the first hours of electrolysis by a reduction preconditioning before the deposition of the powders.
  • the solution can then be treated in a purification step 403 to remove unwanted impurities.
  • the amount of these impurities can be reduced if the oxides metals are pure or if the fuel has already undergone several combustion / regeneration cycles.
  • purification treatment step 403 and depending on the type of impurities in the iron oxides, several purification treatment options can be considered.
  • the amount and type of impurity will primarily depend on the quality of the iron ore concentrate added to the process and the site of extraction.
  • the purification may involve the use of ion exchange resins or the adjustment of the pH to precipitate and remove impurities.
  • the type of equipment required at this stage depends on the impurities to be removed. For example, in some embodiments, two (2) 50 m 3 tanks and a filter press (“plate-and-frame" type) may be provided.
  • the solution is processed in an electrolysis step 405 to produce the iron powders.
  • the purified solution from the leaching process can be fed into electrolytic cells, where iron is plated at the cathodes, oxygen is released at the anode, and sulfuric acid regenerates at the anode. This acid can be recycled to leach step 401 to dissolve new iron oxides.
  • ferrous ions can be oxidized to their ferric state, thus affecting the overall efficiency of the process.
  • This can be circumvented by having two independent electrolyte circulations: the cathode and the anode (A and B), separated by an anionic membrane to prevent the passage of ferrous ions to the chamber of anode section.
  • the electrolyte can be circulated at a high electrolyte rate through the catholyte compartment to allow easy removal of iron powder held loose on the surface of the cathode.
  • the parameters of the electrolysis can be varied as required. For example, the current density on the electrodes can be raised to 1000 A / m 2 , but other parameters are possible.
  • a next step 407 may consist of recovering the powders from the irons of the electrolysis section.
  • the high electrolyte flux can loosen the iron powders from the surface of the cathode.
  • a settling tank can then be used to recover the metal powders formed on the cathode. This is standard equipment used in the hydro metallurgical industry. The powders are collected at the bottom of the tank and the clear solution (overflow) can be recycled to the electrolysis section.
  • a next step 409 may consist in washing and filtering the draw-off (metal powder slurry) from the settling tank. This removes the electrolyte solution from the iron powder slurry and produces wet metal powders.
  • draw-off metal powder slurry
  • different filtering equipment can be used for this purpose, such as a plate and frame filter press.
  • a Larox filter is used, but it is appreciated that other types of filters can be used.
  • a final step 411 may consist of stabilizing or passivating the iron powders in preparation for storage.
  • the purpose of this step is to make the iron powder inert to oxidation.
  • the passivation step 411 can be performed while the iron powder is still in the filter press after filtration.
  • a solution of citric acid can be passed through the filter press as a stabilizing agent.
  • citric acid is preferable for environmental aspects and also for its chemical composition based on carbon, hydrogen and oxygen which will not release heavy, toxic elements. , or environmentally problematic if traces of acid persist in the powders to be burnt after passivation.
  • Passivation step 411 can also include drying the iron powders. Different drying equipment can be used, such as fluidized bed, rotary kiln or spray dryers. If passivation has not taken place during pressing, it can also be added or completed before drying.
  • the iron powders will be ready to be stored for an indefinite period of time so that they can eventually be used as fuel to generate electricity when needed.
  • the stabilized powder will be ready to be used directly in the process of producing electric power which will be described below.
  • additional steps may be required. carried out in order to shape the powders for combustion.
  • an agglomeration step can be carried out, for example, in order to restore the initial physical / mechanical properties of the iron powders.
  • any other metal powder production step which would bypass all or part of the main production process can be performed.
  • a portion of the metal powders can be produced by an electrolysis process (or other production process) in parallel with the main production.
  • the main production can be temporarily replaced by another process (such as an electrolysis process) for a certain period of time. In this way, it can be ensured that the particles have optimum properties for combustion. For example, one could avoid too fine a particle size.
  • the unit 300 comprises a first transport means 311 for transporting the metal powder produced during the process 400 to a conditioning module 313 and a first storage module 315.
  • the means transport 311 can include any type of equipment that allows handling and conveying compatible with safety precautions due to metal powders.
  • the transport means 311 comprises belt conveyors for conveying the powders, and a stacker-reclaimer for handling the powders.
  • other devices are possible, such as screw conveyors, bucket conveyors, vacuum conveyors, pneumatic conveyors, compressed gas conveyors, trucks, other vehicles, etc.
  • the powders from the metal powder production module 309 are conveyed to a conditioning module 313.
  • the conditioning module 313 is configured to shape the powders so that they can be used in a process. combustion, such as that which will be described in more detail below.
  • the conditioning module 313 can include various equipment for doing this, such as equipment which makes it possible to crumble and / or sieve the powders so that the powder has a homogeneous particle size.
  • the packaged powders can then be conveyed to the first storage module 315.
  • the first storage module 315 makes it possible to store the metal powders for an indefinite period.
  • the first storage module 315 comprises one or more silos which allow stacking a large volume of powders.
  • Silos can, for example, have a longitudinal or vertical design to facilitate their expansion and be able to meet future needs.
  • a stacker-reclaimer can be provided inside the silos to allow handling of the powders. It can be understood, however, that other mechanisms can be provided in order to store and / or handle the powders.
  • the storage module can include a hangar, and / or any storage site configured to handle the powders and store them for an extended period of time.
  • the powders can be very reactive, making them vulnerable to deterioration (eg by oxidation of iron powders) and posing a significant fire hazard. Therefore, in a preferable embodiment, the powders are handled and stored in a safe manner and in a manner that prevents spoilage.
  • the atmosphere can be partially or totally enriched with an inert gas such as argon or nitrogen.
  • This atmosphere can also be controlled in temperature, humidity and / or pressure so that the atmosphere in the storage module is higher or lower than the ambient atmospheric pressure.
  • Other safety measures can be taken, such as earthing equipment, thermal sensors and devices certified for use in explosive environments.
  • the storage silo can be configured to be resistant to contamination by moisture and oxygen supply, and to control hydrogen generation, among other things.
  • the silo can be sealed to reduce humidity and oxygen supply.
  • Hydrogen generation can be controlled with fixed or controllable vents at key positions. Note that other measures can be taken to control the environment inside the silo, if necessary.
  • a second transport means 317 can be used to handle and transport the metal powder to the power generation module 321.
  • the second transport means 317 may include mechanisms similar to the first transport means 311, such as a recuperator which allows the metal powder to be recovered from the storage silo and a belt conveyor which allows the powder to be moved.
  • a recuperator which allows the metal powder to be recovered from the storage silo
  • a belt conveyor which allows the powder to be moved.
  • the powder may be transported to a temporary silo which is separate from the long term storage silo. The temporary silo can be used to directly supply the power production module 321.
  • the plant 300 is configured to generate electricity by the combustion of metal powders.
  • the power plant 300 implements a method of generating electricity 500 which uses the fuel stored in the storage module 313 (the fuel which has been produced by the method 400) to produce electricity. electricity and metal oxides as by-products.
  • the electricity produced is supplied to the LV / HV transformation module 303 for conversion to the voltage necessary to support the electrical network 200, and the metal oxides are stored in the power plant 300 to be reused in the fuel production process 400 when the power plant 300 again operates in an energy absorption mode.
  • the power plant 300 may include several modules for implementing the power generation process 500, such as a preparation and refinement module 319 and a power generation module 321.
  • the preparation module 319 can be used to prepare the powders so that they can be optimally burnt.
  • the power generation module 321 can be used to burn the metal powder to power different types of generators that perform different power generation cycles.
  • the production module is configured to supply a working fluid from the heat of combustion of metal powder to drive a turbo alternator group. More specifically, the electricity production cycle used is one where the combustion of metal powder generates water vapor to drive a steam turbine and to generate electricity.
  • thermal machines producing electricity or heat-to-power conversion equipment can be used, such as an external combustion gas turbine, etc.
  • generators and corresponding cycles can be used depending on the power needs of the plant 300.
  • the hot air Brayton cycle or the organic Rankine cycle (ORC ) can be used.
  • the fuel (iron powder) from a feed silo 1 is mixed in a sprayer 2 with ambient air A-1 propelled by a high pressure fan 3.
  • the preheated mixture is introduced into a boiler 4 via a burner 5.
  • the metal powders can have a particle size distribution ranging from 1 ⁇ m to 350 ⁇ m with atmospheric air for oxidizer. However, the particle size can be increased when using an oxidizer with a higher proportion of oxygen.
  • Thermal energy from combustion is used to convert water into steam at elevated temperature and pressure.
  • Steel tubes run along the walls of the boiler in which the water converted into steam is collected in a manifold 6.
  • the combustion gases from the boiler pass through a steam generator 7, a superheater 8, a heater 9, an economizer 10 and an air preheater 11. Subsequently, the gases pass through an electrostatic filter 12 and a gas treatment plant 13 and end up escaping from a chimney 14 into the atmosphere.
  • the superheated high pressure steam powers the various stages of a steam turbine 15 coupled to an alternator 16, which causes its blades to rotate.
  • the energy of the steam is converted into mechanical energy in the steam turbine which acts as the main engine.
  • the pressure and temperature of the steam drop to a lower value, and its volume increases as it passes through the turbine.
  • the vapor given off at low pressure is evacuated to be condensed in a condenser 17 by means of a circulation of cold water coming from a cooling tower 18 or from any other source by means of a circulation pump 19.
  • the vapor loses its pressure. as well as its temperature and is converted back to water.
  • the condensed water is again brought to the boiler by a water supply pump 20. Some of the water may be lost during the cycle, which is suitably supplied by an external water source of. make-up A-2 treated in a purification and softening station 21.
  • the solid products of combustion namely the metal oxides (and in the present embodiment iron oxide), are recovered at two places, either in the bottom of the boiler 22 and at the level of the electrostatic filter.
  • These metal oxides can be stored for an indefinite period of time in order to be optionally used to absorb energy by reconstituting themselves into a metal powder with electricity.
  • the iron oxide can be routed to a fuel production station 23 (such as the metal powder production module 309 of Figure 3) where it will be reduced to iron powder.
  • a possible loss during combustion can be compensated for by adding A-3 iron ore.
  • the plant 300 comprises a third transport means 323 for transporting the metal oxides produced during the process 500 to a second storage module 325.
  • the equipment used in the third means 323 and the second storage module 325 may resemble the other means of transport 311, 317 and the first storage module 315.
  • the means of transport 323 may include a conveyor and a stacker-reclaimer
  • the second module storage 325 may include another silo.
  • the metal oxides are in a more stable and less reactive state.
  • iron oxide is non-toxic. Therefore, it is not necessary to take all the same precautions as with the transport, handling and storage of metal powders, especially with regard to flammability. However, some precautions can still be taken, since it can still have certain security risks. For example, any powder poses respiratory hazards and / or explosion hazards.
  • some iron may remain. This iron may produce hydrogen if there is contact with water / moisture. Precautions can therefore be taken during the transport, handling, and storage of metal oxides to mitigate these risks.
  • a fourth transport means 327 can be used to handle and transport the metal oxide to the metal powder production module 309, and / or to the preparation and packaging module. 307 where the metal oxide can be stored temporarily in preparation for the metal fuel production process 400.
  • the equipment used in the fourth means of transport 327 may resemble the other means of transport 311, 317, 323.
  • the fourth means of transport 327 makes it possible to complete a circuit for transporting the physical storage vector (the metal powder and the metal oxide) between the metal powder production module 309 and the metal powder production module. power 321.
  • a global cycle is therefore completed, the cycle allowing the production of metal powders from the metal oxide by absorbing energy, the generation of energy by burning the metal powders, and the reconstitution of the metal powders from metal oxide by absorbing energy.
  • the unit 300 can therefore be considered as a black box which includes all the procedures necessary to implement an overall process for bidirectional transformation between the electricity and the metal powder. In other words, the central 300 can regenerate its own metallic fuel from combustion residues.
  • metal oxide and / or metal powders it may be necessary to inject metal oxide and / or metal powders into the unit 300, for example to compensate for the solid losses which may occur during the combustion of the metal powders, and / or during the reconstitution of the metal powders (for example if the reconstitution of the metal powders is carried out by direct reduction of the iron oxides with hydrogen). Injection of the metal oxide and / or metal powders is also necessary to start the first cycle of plant 300 or to increase the capacity of plant 300 to absorb and / or generate electricity. As can be appreciated, the injection can be done in certain ways. For example, as shown in Figure 3, make-up metal oxide 329 can be transported from an external site, packaged, and introduced into second storage module 325.
  • fresh iron oxide can be introduced directly to the leaching step in electrolytic process 400. It can also be understood that the metal oxide can be replaced by new "fresh" oxide from an external site, for example. if the metal oxide in the plant 300 has degraded over several years of use. The injection and / or replacement of metal powders could also be done in a similar manner.
  • all the equipment necessary to implement the cycle of absorption and generation of electricity can be substantially all supplied by a common energy source.
  • all the equipment could be supplied by the central 300, by a local electrical circuit of the central 300 (for example an LV circuit), by a common electrical network (for example an HV network) and / or supported by other sources of energy, such as a generator for starting.
  • at least the metal powder production module and the power production module are both connected to the same electrical network. In this way, the plant 300 can operate in a substantially self-sufficient fashion, without the need for energy or other external contributions. The plant will therefore be able to absorb or generate energy on demand in a manner that is substantially renewable and self-sufficient.
  • the power plant 300 is configured to absorb and supply power to the same network 200.
  • the power generation module 103 and the metal powder production module 107 are physically located at a site. common 600.
  • This common site 600 can correspond to a common site (for example which can include one or more establishments, buildings, etc.), to a common geographical region (such as a municipality, city, etc.), and / or at any location where modules 103 and 107 are located in the same country or territory, for example less than 100km from each other, or even less than 50km from each other.
  • the power plant 300 can be used to balance the power of the global network 200 during seasonal fluctuations, for example.
  • the plant 300 is configured to take power from a first network 200A, and to supply power to a second network 200B which is different from the first network 200A.
  • the power production module 103 and the metal powder production module 107 are physically located on a common site 600.
  • This common site 600 can correspond to a common site (for example which can include one or more establishments, buildings, etc.). ), to a common geographical region (such as a municipality, city, etc.), and / or to any location where modules 103 and 107 are located in two different regions in the same territory, or even cross-border, for example at locations that are located less than 100km from each other or even less than 50km from each other.
  • the modules 103 and 107 can be located, for example, near a border between the two networks 200A and 200B.
  • the two networks 200A and 200B can be networks of the same country, territory, dominion, municipality, city, etc. to absorb and supply energy to two separate grids in the same country, territory, dominion, municipality, city, etc.
  • the two networks 200A and 200B can be networks of different countries, territories, dominions, municipalities, city, etc. In this configuration, the energy can be absorbed from a first network 200A of a first country, territory, dominion, municipality, city, etc., and supplied or sold to a second network 200B of a country, territory, dominion , municipality, city, etc. separate.
  • These two networks can be owned and / or operated by the same owner or operator, or by different owners or operators.
  • the plant 300 is configured to absorb and supply power to the same network 200.
  • the power generation module 103 is physically located at a first site 600A
  • the metal powder production module 107 is physically located at a second site 600B which is different from the first site 600A.
  • These sites 600A and 600B can correspond to distinct sites (for example which can each include one or more establishments, buildings, etc.), to distinct geographic regions (such as different municipalities, cities, etc.), and / or at any location where modules 103 and 107 are distant from each other in the same territory (or in any region served by the same network 200), for example locations that are more than 100km away from one of the other in the same territory.
  • the power plant 300 can make it possible to distribute energy over larger areas and / or to strategic locations of the same network, for example during seasonal fluctuations or other temporal fluctuations of the network 200.
  • the storage modules 101, 105 can be located on one or the other of the sites 600A, 600B and / or at intermediate sites. It can also be appreciated that the transport modules can be adapted to transport oxides and metal powders over longer distances.
  • the power plant 300 is configured to absorb power from a first network 200A, and to supply power to a second network 200B which is different from the first network 200A.
  • the power generation module 103 is physically located at a first site 600A
  • the metal powder production module 107 is physically located at a second site 600B which is different from the first site 600A.
  • These sites 600A and 600B can correspond to distinct sites (for example which can each include one or more establishments, buildings, etc.), to distinct geographic regions (such as different municipalities, cities, etc.), and / or at any location where the modules 103 and 107 are distant from each other in the same territory, for example when the modules are at a distance of more than 100km from each other in the same territory.
  • the modules 103 and 107 can be located, for example, near a border between the two networks 200A and 200B.
  • the two networks 200A and 200B can be networks of the same country, territory, dominion, municipality, city, etc. to absorb and supply energy to two separate networks in the same country, territory, dominion, municipality, city, etc.
  • the two networks 200A and 200B can be networks of territories, dominions, municipalities, cities, etc. different. In this configuration, the energy can be absorbed from a first network 200A of a first territory, dominion, municipality, city, etc., and supplied to a second network 200B of a territory, dominion, municipality, city, etc. . distinct.
  • the storage modules 101, 105 may be located at either of the sites 600A, 600B and / or at intermediate sites. It can also be appreciated that the transport modules can be adapted to transport oxides and metal powders over longer distances.
  • the metal plant 300 described above can have several advantages over traditional plants. Its principle of operation is the conversion of electricity (energy) to metal to electricity (power), which allows a complex conversion of electrical energy to metal energy, and vice versa. Metal in powder or grain form serves as a physical storage medium.
  • the metal plant can also convert a large amount of metal oxide into metal powder using electricity.
  • the metal regardless of its chemical composition, always remains in place. In solid form, it does not require additional effort such as compressing a gas or backpressuring the hydraulic seal of a water tank. Only electrons, oxygen, and metal move.
  • Metal powder can be used as fuel to power a thermal cycle power plant. Therefore, the location of a metal plant does not depend on a geographic location in a remote area. It could be installed near a center of high power demand or at a strategic point for the carrier. For example, the metal could be iron which is available in large quantities in some parts of the globe. It is also possible to use other types of metals such as silicon, aluminum, ferosilicon, magnesium, etc.
  • the metal plant may also have a small footprint (particularly compared to long-term pumped Hydro storage), and may have a very good possibility of increasing long-term storage capacity.
  • the plant can therefore be easily upgraded to meet power requirements for longer periods.
  • the capacity to absorb power is defined by the reconstitution part of the metallic powders.
  • the capacity to restore power is defined by the power generation part. Both of these aspects of the process are relatively expensive.
  • the storage of the iron and iron oxide powders can easily be increased at a cost much lower than the other two aspects of the process. It is enough to increase the number of silos, for example.
  • the power plant has the possibility of operating and / or of being designated in capacity in asymmetric power.
  • the power plant may have the capacity to absorb a maximum power different from the capacity to generate maximum power. This choice may be influenced, among other things, by the economic reality of the electricity market where the plant will be located, and / or the operational reality of the networks to which it will be connected.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

Des différentes configurations d'une centrale électrique sont décrites. La centrale est configurée pour fournir de l'électricité à un réseau électrique récepteur par la combustion de poudre métallique. La centrale est également configurée pour absorber de l'énergie en reconstituant la poudre métallique à partir de l'oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique, avec de l'électricité d'un réseau électrique source.

Description

SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE STOCKAGE ET DE PRODUCTION
D’ÉLECTRICITÉ
DOMAINE
La présente divulgation porte sur un système et procédé de stockage et de production d’électricité. Plus spécifiquement, elle décrit une centrale électrique configurée pour absorber, convertir, stocker et restituer de l’électricité d’un réseau électrique en utilisant un vecteur énergétique métallique.
ÉTAT DE L’ART
Les sources de puissance et d’énergie proviennent traditionnellement des centrales hydrauliques, au gaz, au charbon, nucléaire, ainsi que des centrales éoliennes, photovoltaïques, etc. Ces sources ont la particularité de générer de l’électricité en transformant une tierce source d’énergie. On peut ensuite ajouter des sources d’appoint qui absorbent l’énergie électrique du réseau pour en retourner une puissance au moment opportun. Ces sources sont normalement la batterie, la roue d’inertie et l’hydro-pompage. Il existe, cependant, certaines limitations associées à ces sources d’appoint. Par exemple, l’hydro-pompage subit la même problématique géographique et environnementale que les centrales hydrauliques. Un autre exemple est la technologie des batteries qui est limitée dans le stockage d’énergie. Il y a donc place à l'amélioration.
SOMMAIRE
Selon un aspect, une centrale électrique est décrite. La centrale est configurée pour opérer dans un premier mode dans lequel elle fournit de l'énergie à un réseau électrique récepteur, et dans un second mode dans lequel elle absorbe de l'énergie d'un réseau électrique source. La centrale est caractérisée en ce que dans ledit premier mode, la centrale est configurée à produire de l'électricité en utilisant de la poudre métallique comme combustible; et dans ledit second mode, la centrale est configurée à stocker de l'énergie en utilisant l'électricité du réseau source pour reconstituer la poudre métallique à partir de l'oxyde métallique.
Selon un aspect, une méthode de stockage et de production d’électricité est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes : absorber de l’énergie d’un réseau électrique source en utilisant l'électricité du réseau électrique source pour reconstituer de la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique; produire de l’énergie en utilisant la poudre métallique reconstituée comme combustible; et fournir l’énergie produite à un réseau électrique récepteur. Selon un aspect, un système de stockage et de production d’électricité par moyen de poudre métallique est décrit. Le système comprend : un module de production de puissance branché à un réseau électrique récepteur, le module de production de puissance étant configuré pour produire de l’électricité et de l’oxyde métallique par la combustion de poudre métallique, et pour fournir l’électricité produite au réseau électrique récepteur; et un module de production de poudre métallique branché à un réseau électrique source, le module de production de poudre métallique étant configuré pour absorber de l’électricité en reconstituant la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique avec de l’électricité provenant du réseau électrique source.
Selon un aspect, une centrale électrique est décrite. La centrale est configurée pour fournir de l’électricité à un réseau électrique récepteur par la combustion de poudre métallique, et pour absorber de l’énergie en reconstituant, avec de l’électricité d’un réseau électrique source, la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique.
Selon un aspect, un système de stockage et de production d’électricité par moyen de poudre métallique et décrit. Le système comprend : un module de production de puissance branché à un réseau électrique récepteur, le module de production de puissance étant configuré pour produire de l’électricité et de l’oxyde métallique par la combustion de poudre métallique, et pour fournir l’électricité produite au réseau électrique récepteur; et un module de production de poudre métallique branché à un réseau électrique source, le module de production de poudre métallique étant configuré pour absorber de l’électricité en reconstituant la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique avec de l’électricité provenant du réseau électrique source.
Selon un aspect, une centrale électrique est décrite. La centrale est configurée pour fournir de l’électricité à un réseau électrique récepteur par la combustion de poudre métallique, et configurée pour absorber de l’énergie en reconstituant, avec de l’électricité d’un réseau électrique source, la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique.
Selon un aspect, une méthode de stockage et de production d’électricité est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes : produire de la poudre métallique à un premier sous-site en utilisant de l’électricité d’un réseau électrique source; et transporter la poudre métallique à un deuxième sous-site afin d’être utilisée comme combustible pour produire de l’électricité pour appuyer un réseau électrique récepteur. Selon un aspect, une méthode de stockage et de production d’électricité est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes : produire de l’électricité à un premier sous-site par la combustion de poudre métallique; fournir l’électricité produite à un réseau électrique récepteur; et transporter de l’oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique à un deuxième sous-site, afin d’être reconstitué en poudre métallique avec de l’électricité d’un réseau électrique source.
Selon un aspect, une méthode de stockage et de production d’électricité est décrite. La méthode comprend les étapes suivantes : produire de la poudre métallique sur un site en utilisant de l’électricité d’un réseau électrique source; et produire de l’électricité sur le même site pour appuyer un réseau électrique récepteur, en utilisant la poudre métallique comme combustible.
D’autres objets, avantages, aspects et caractéristiques de l'invention deviendront plus clairs et seront mieux compris au vu de la description non limitative de l'invention, et grâce aux figures présentes dans la demande.
DESCRIPTION BRÈVE DES DESSINS
Figure 1 est un schéma d’un système de stockage et de production d’énergie, selon un mode de réalisation.
Figure 2 est un schéma démontrant le système de la Figure 1 connecté à un réseau électrique et agissant en tant que centrale électrique.
Figure 3 est un schéma d’une centrale métallique, selon un mode de réalisation.
Figure 4 est un schéma d’un procédé de production de combustible métallique, selon un mode de réalisation.
Figure 5 est un schéma d’un procédé de production d’électricité par la combustion de métal, selon un mode de réalisation.
Figures 6A à 6D sont des schémas illustrant des configurations exemplaires d’un centrale électrique connecté à un ou deux réseaux électriques.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avec référence à la figure 1 , un système 100 de stockage et de production d’électricité est illustré schématiquement selon un mode de réalisation. Décrit de façon générale, le système 100 permet de stocker de l’énergie sous forme de poudre métallique et de produire ensuite une puissance électrique au moment voulu à partir de la combustion de la poudre métallique. Le système se comporte donc à la fois comme une source électrique et une charge électrique.
Dans le mode de réalisation illustré, le système 100 comprend un premier module de stockage 101 et un deuxième module de stockage 105, un module de production de puissance 103, et un module de production de poudre métallique 107. Le module de production de poudre métallique 107 permet de stocker de l’énergie en utilisant de l’électricité pour transformer de l’oxyde métallique en poudre métallique. Le module de production de puissance 103 permet ensuite de produire une puissance électrique au moment voulu à partir de la combustion de la poudre métallique.
Les modules de stockage 101 et 105 permettent de stocker la poudre métallique de l’oxyde métallique comme intermédiaire entre le module de production de puissance 103 et le module de production de poudre métallique 107. Par exemple, le premier module de stockage 101 peut servir à stocker la poudre métallique produite par le module de production de poudre métallique 107 pour une période indéterminée avant qu’il soit utilisé comme combustible dans le module de production de puissance 103. Similairement, le deuxième module de stockage 105 peut servir à stocker l’oxyde métallique créé par la combustion de la poudre métallique dans le module de production de puissance 103 pour une période indéterminée, avant qu’il soit fourni au module de production de poudre métallique 107 pour la reconstitution en poudre métallique.
Dans un mode de réalisation préférentiel, tel qu’illustré dans la Figure 2, le système 100 peut être connecté à un réseau électrique 200 alimenté par des centrales conventionnelles. Ces centrales conventionnelles peuvent comprendre exclusivement des centrales à production non variable (par exemple des centrales hydroélectriques), exclusivement des centrales à production variable, ou une combinaison des deux. Il est apprécié que les centrales conventionnelles peuvent être couplées à des ressources énergétiques décentralisées 201 . Dans une telle configuration, le système peut opérer en tant que centrale électrique 300 configurée à absorber et à convertir, stocker, et restituer l’électricité du réseau électrique 200. Par exemple, lors d’une période de forte demande d’énergie sur le réseau électrique 200 (ex : à la suite d’une détermination qu'il y a une forte demande ou une insuffisance d'énergie sur le réseau, et/ou qu’il serait plus rentable de stocker de l'énergie plutôt que de la produire), la centrale 300 peut être opérée dans un premier mode selon lequel de l’électricité supplémentaire est produite par la combustion des poudres métalliques pour appuyer le réseau. Lors d’une période de basse demande d’énergie sur le réseau électrique 200 (ex : à la suite d’une détermination qu’il y a une basse demande ou un surplus d’énergie sur le réseau, et/ou qu’il serait plus rentable de produire et fournir de l’énergie plutôt que de la stocker), la centrale 300 peut être opérée dans un deuxième mode selon lequel de l’électricité excédentaire sur le réseau est stockée par la reconstitution des poudres métalliques. De cette façon, la centrale 300 peut agir comme une centrale d’appoint qui utilise de l’énergie stockée lorsqu’il y a un excédant pour compléter la production d'énergie principale sur un réseau lorsque celle-ci est insuffisante (ex : lorsque l’énergie produite par une source non variable est insuffisante à combler aux besoins qui peuvent varier de manière saisonnière ou temporelle). La centrale 300 peut également être opérée dans un troisième mode selon lequel elle est au repos et ne produit ni n’absorbe de l’énergie, et/ou dans un quatrième mode selon lequel elle est utilisée comme machine tournante pour fournir des services réseau complémentaires au réseau électrique 200.
Comme on peut l’apprécier, la centrale 300 diffère des systèmes de stockage d’électricité traditionnelle au moins en partie en raison du fait qu’elle utilise la poudre métallique en tant que vecteur énergétique, combustible et medium de stockage. On peut ainsi référer à la centrale 300 comme une centrale métallique. La centrale électrique 300 peut mettre en oeuvre plusieurs procédés liés à la réduction de l’oxyde métallique en métal combustible, leur stockage, et leur convoyage, ainsi que tout procédé lié à la combustion du métal et le stockage et convoyage de l’oxyde métallique produit en conséquence. Comme sera décrit en plus de détails ci-dessous, la centrale 300 peut comprendre plusieurs modules et composantes. Celles-ci peuvent être divisées en plusieurs sous-sites qui font tous partie de la centrale 300. Par exemple, il peut y avoir un sous-site de production de poudre métallique, un sous-site de production d’électricité et des sous-sites de stockage de poudre métallique et/ou d’oxyde. Ces sous-sites peuvent être interconnectés avec des moyens d’approvisionnement en continu tel que des convoyeurs ou d’autres moyens de transport. Dans certains modes de réalisation, les sous-sites sont situés proches l’un de l’autre, par exemple sur le même site et à l’intérieur d’une distance maximale de 100km ou même 50km. On peut également comprendre que dans certains modes de réalisation, les sous-sites peuvent être tous branchés sur un même réseau électrique. Dans d’autres modes de réalisations, les sous-sites, modules et/ou composantes peuvent être situés sur des sites différents, par exemple sur des sites distants mais dans la même région, sur des sites localisés dans deux régions ou territoires différents, sur des sites espacés par une distance supérieure à 50km ou préférablement 100km, et/ou sur des sites branchés sur des réseaux électriques différents.
Avec référence à la Figure 3, une centrale métallique 300 est illustrée selon un mode de réalisation préféré. Dans le présent mode de réalisation, la centrale 300 est interconnectée à un réseau électrique 200 qui correspond à un réseau de puissance principale triphasée. Comme on peut l’apprécier, les modules et composants de la centrale métallique 300 peuvent opérer à une tension plus basse qu’une tension du réseau électrique 200 qui sert à transporter l’électricité sur une longue distance. On peut donc décrire le réseau électrique 200 comme opérant à haute tension (HT), alors que la centrale métallique 300 opère à basse tension (BT). Il est apprécié, cependant, que les termes « haute » et « basse » sont des termes relatifs, et que les valeurs de HT et BT peuvent varier d’un cas à un autre. Au vu des différences de tensions, l’interconnexion entre la centrale 300 et le réseau électrique 200 comprend un ou plusieurs modules de transformation. Par exemple, dans le présent mode de réalisation, l’interconnexion comprend un module de transformation HT/BT 301 pour soutirer du courant électrique du réseau 200 (réseau source) et un module de transformation BT/HT 303 pour injecter du courant électrique au réseau 200 (réseau récepteur). Chacun des modules de transformation 301 et 303 peut comprendre leurs propres transformateurs de tension ou peut utiliser alternativement les mêmes transformateurs selon le mode d’opération de la centrale 300. Bien que deux modules de transformation 301 et 303 aient été décrits en lien avec le présent mode de réalisation, il est apprécié qu’un seul module de transformation bidirectionnel puisse être fourni dans d’autres modes de réalisation. Le module de transformation peut aussi bien être un transformateur classique de tension/courant ou un ensemble qui contient des technologies de conversion de puissance de type redresseur et onduleur et tout appareillage accessoire.
Bien que dans le présent mode de réalisation, la centrale 300 est connectée à un seul réseau électrique 200 qui agit comme réseau source et réseau récepteur, on peut apprécier que dans d’autres modes de réalisation, la centrale 300 peut être connectée à deux réseaux électriques distincts. Par exemple, la centrale 300 peut être située à la frontière entre deux réseaux électriques, et peut être configurée pour absorber de l’électricité de l’un des réseaux (réseau source) et injecter de l’électricité dans l’autre réseau (réseau récepteur).
Comme décrit de façon générale ci-dessus, la centrale 300 est configurée pour absorber et stocker de l’énergie provenant du réseau électrique 200 par la production/régénération de combustible métallique. Dans le présent mode de réalisation, la centrale 300 met en oeuvre un procédé de production de combustible métallique 400 qui utilise l’électricité BT provenant du module de transformation HT/BT 301 afin de régénérer du combustible métallique à partir de l’oxyde métallique stocké dans la centrale 300.
La centrale 300 peut comprendre plusieurs modules pour mettre en oeuvre le procédé 400, tel qu’un module de mise en forme de l’onde électrique 305, un module de préparation et conditionnement de l’oxyde métallique 307, et un module de production de poudre métallique 309. Dans le présent mode de réalisation, le module de production de poudre métallique 309 est configuré pour produire du combustible métallique par un procédé électrolytique. Le module 305 est donc configuré pour conditionner l’alimentation électrique provenant du module de transformation HT/BT 301 pour une utilisation dans le cadre d'un procédé d'électrolyse. Similairement, le module 307 est configuré pour préparer et/ou conditionner de l’oxyde métallique d’une manière appropriée pour une utilisation dans le cadre d'un procédé d'électrolyse. Il convient de noter que d'autres configurations sont possibles. Par exemple, le module de transformation 309 peut être configuré pour produire le combustible métallique par d’autres procédés, tel qu’une réduction directe chimique des oxydes, par exemple par l’hydrogène ou par électrolyse en milieu alcalin. Dans de tels cas, les modules 305 et 307 peuvent être configurés pour conditionner respectivement le signal électrique et les oxydes selon les besoins.
Avec référence à la Figure 4, un procédé de production de combustible métallique 400 est illustré en plus de détail. Dans le mode de réalisation illustré, le procédé est configuré pour produire du fer à partir de l’oxyde de fer par moyen du procédé d’électrolyse. Le procédé permet de produire le fer en forme de poudre en vue d’une utilisation comme combustible. Plus particulièrement, les conditions d’électrolyse, telles que le courant et la surtension, peuvent être ajustés afin d’obtenir différentes tailles de particules de fer, par exemple allant de 40 à 850 pm. Il convient de noter que, bien qu'un procédé utilisant le fer soit illustré, différents métaux et oxydes correspondants peuvent être utilisés dans d'autres modes de réalisation.
Le procédé 400 comprend une première étape 401 de lixiviation qui permet de transformer de l'oxyde de fer stocké sous forme solide en une solution adaptée à l'électrolyse. Décrit de façon générale, les oxydes de fer produits lors de la combustion des poudres de fer sont collectés pour alimenter des réservoirs de lixiviation. Un mélange et une certaine séparation des agglomérats sont réalisés pour permettre une dissolution efficace de l'oxyde de fer dans l'acide sulfurique.
Par exemple, dans un mode de réalisation, la lixiviation des oxydes de fer peut être effectuée dans trois (3) réservoirs de lixiviation contenant de l'acide sulfurique à une concentration de 50 g / L. La température de la solution peut être maintenue à 40°C et le mélange peut être effectué à l'aide de mélangeurs suspendus. Au cours de la lixiviation, l'oxyde de fer (Fe203) est dissous et le fer en état ferrique peut être réduit durant les premières heures d’électrolyse par un pré conditionnement de réduction avant la déposition des poudres.
En fonction de la pureté de l'électrolyte, la solution peut ensuite être traitée dans une étape de purification 403 pour éliminer les impuretés indésirables. Comme on peut l’apprécier, la quantité de ces impuretés peut être réduite si les oxydes métalliques sont purs ou si le combustible a déjà subi plusieurs cycles de combustion/régénération.
Au cours de l'étape de purification 403 et en fonction du type d'impuretés dans les oxydes de fer, plusieurs options de traitement de purification peuvent être envisagées. La quantité et le type d’impureté seront principalement tributaires de la qualité du concentré de minerai de fer ajouté au procédé et du site d’extraction. Par exemple, dans certains modes de réalisation, la purification peut impliquer l'utilisation de résines échangeuses d'ions ou l'ajustement du pH pour précipiter et éliminer les impuretés. Le type d’équipement requis à cette étape dépend des impuretés à éliminer. Par exemple, dans certains modes de réalisation, deux (2) réservoirs de 50 m3 et un filtre-presse (type "plate-and-frame") peuvent être fournis.
Après que la solution soit purifiée, la solution est traitée dans une étape d’électrolyse 405 pour produire les poudres de fer. La solution purifiée provenant du processus de lixiviation peut être alimentée dans des cellules électrolytiques, où le fer se plaque aux cathodes, l'oxygène se dégage à l'anode, et de l'acide sulfurique se régénère à l'anode. Cet acide peut être recyclé dans l’étape de lixiviation 401 pour dissoudre de nouveaux oxydes de fer.
Les réactions qui se produisent dans une cellule électrolytique lors du dépôt de fer à partir d'une solution contenant du sulfate de fer peuvent s'écrire comme suit:
At the cathode :
Fe ' ' · 2e - Fe
I l 1 · e = 1 /2 I U e 1 ' ' ·- e = Fe ' '
At the anode :
S04 ·- 2e · 11,0 =t II2SO4 · 1 /2 o
Pour que le dépôt de fer soit efficace, le fer doit être déposé à partir de son état d'oxydation ferreux. Cependant, à l'anode les ions ferreux peuvent être oxydés en leur état ferrique, affectant ainsi l'efficacité globale du processus. Ceci peut être contourné en ayant deux circulations d'électrolytes indépendantes : la cathode et l'anode (A et B), séparées par une membrane anionique pour éviter le passage d’ions ferreux à la chambre de section anodique. L'électrolyte peut être circulé à un débit élevé d'électrolyte dans le compartiment catholyte pour permettre un retrait facile de la poudre de fer maintenue en vrac à la surface de la cathode. Comme on peut l’apprécier, les paramètres de l’électrolyse peuvent être variés selon les besoins. Par exemple, la densité de courant sur les électrodes peut être élevée à 1000 A/m2, mais d’autres paramètres sont possibles.
Une prochaine étape 407 peut consister à récupérer les poudres des fers de la section d’électrolyse. Comme on peut l’apprécier, le flux d’électrolyte élevé peut permettre de détacher les poudres de fer de la surface de la cathode. Un décanteur pourra ensuite être utilisé pour récupérer les poudres métalliques formées sur la cathode. Ceci est un équipement standard utilisé dans l’industrie hydro métallurgique. Les poudres sont récupérées au fond du réservoir et la solution claire (trop-plein) peut être recyclée dans la section d’électrolyse.
Une prochaine étape 409 peut consister à laver et filtrer le soutirât (boue de poudre métallique) du décanteur. Ceci permet d’enlever la solution électrolytique des boues de poudre de fer et de produire des poudres métalliques humides. Il est à noter que différents équipements de filtrage peuvent être utilisés à cette fin, tel qu’un filtre-presse à plaques et à cadre. Dans le présent mode de réalisation, un filtre Larox est utilisé, mais il est apprécié que d’autres types de filtres puissent être utilisés.
Une étape finale 411 peut consister à stabiliser ou à passiver les poudres de fer en préparation pour le stockage. Le but de cette étape est de rendre inerte la poudre de fer vis-à-vis de l’oxydation. Dans certains modes de réalisation, l’étape de passivation 411 peut être effectuée alors que la poudre de fer est toujours dans le filtre à presse après la filtration. Par exemple, on peut faire traverser dans le filtre à presse une solution d’acide citrique en guise d’agent de stabilisation. Comme on peut l’apprécier, d’autres agents de stabilisation sont possibles, mais l’acide citrique est préférable pour les aspects environnementaux et également pour sa composition chimique à base de carbone hydrogène et oxygène qui ne dégagera pas d’éléments lourds, toxiques, ou environnementalement problématiques si des traces d’acide persistent dans les poudres à brûler après la passivation. L’étape de passivation 411 peut comprendre également le séchage des poudres de fer. On peut utiliser de différents équipements de séchage, tel que des séchoirs de type lit fluidisé, four rotatif ou par pulvérisation. Si la passivation n’a pas eu lieu lors du pressage, on peut également l’ajouter ou la compléter avant le séchage.
Suite à la stabilisation, les poudres de fer seront prêtes à être stockées pour une durée indéterminée afin d’être éventuellement utilisées comme combustible pour produire de l'électricité en cas de besoin. Dans le présent mode de réalisation, la poudre stabilisée sera prête à être utilisée directement dans le procédé de production de puissance électrique qui sera décrit ci-dessous. Cependant, dans d’autres modes de réalisation, des étapes supplémentaires peuvent être effectuées afin de mettre les poudres en forme pour la combustion. Par exemple, lorsque les poudres de fer sont produites par un procédé de production principal comprenant la réduction directe des oxydes par hydrogène, la taille des particules de fer pourrait se voir réduite au fur et à mesure qu’elles effectuent des cycles complets du procédé (réduction / combustion). Dans de tels cas, une étape d’agglomération peut être effectuée, par exemple, afin de restituer les propriétés physiques/mécaniques initiales des poudres de fer. On peut apprécier que toute autre étape de production de poudre métallique qui contournerait en tout ou en partie le procédé principal de production puisse être effectuée. Par exemple, une portion des poudres métallique peuvent être produites par procédé d’électrolyse (ou autre procédé de production) en parallèle avec la production principale. Comme autre exemple, la production principale peut être temporairement remplacée par un autre processus (tel qu’un procédé d’électrolyse) pendant une certaine période de temps. De cette façon, on peut assurer que les particules aient des propriétés optimales pour la combustion. Par exemple, on pourrait éviter une taille de particule trop fine.
Revenons maintenant à la Figure 3, la centrale 300 comprend un premier moyen de transport 311 pour transporter la poudre métallique produite lors du procédé 400 à un module de conditionnement 313 et un premier module de stockage 315. Comme on peut l’apprécier, le moyen de transport 311 peut comprendre tout type d’équipement qui permet la manutention et le convoyage compatible avec les précautions de sécurité dues aux poudres métalliques. Dans le présent mode de réalisation, le moyen de transport 311 comprend des convoyeurs à courroie pour convoyer les poudres, et un empileur-récupérateur pour manutentionner les poudres. Cependant, d’autres dispositifs sont possibles, tels que des convoyeurs à vis, des convoyeurs à godet, des convoyeurs à vide (« vacuum conveyor »), des convoyeurs pneumatiques, des convoyeurs à gaz comprimé, des camions, d’autres véhicules, etc.
Dans le présent mode de réalisation, les poudres provenant du module de production de poudre métallique 309 sont convoyées vers un module de conditionnement 313. Le module de conditionnement 313 est configuré pour mettre en forme les poudres afin qu’elles puissent être utilisées dans un processus de combustion, tel que celui qui sera décrit en plus de détails ci-dessous. Le module de conditionnement 313 peut comprendre divers équipements pour ce faire, tel que de l’équipement qui permet d’émotter et/ou de tamiser les poudres pour que la poudre ait une taille de particules homogène. Les poudres conditionnées peuvent ensuite être convoyées vers le premier module de stockage 315. Le premier module de stockage 315 permet de stocker les poudres métalliques pour une durée indéterminée. Dans le présent mode de réalisation, le premier module de stockage 315 comprend un ou plusieurs silos qui permettent d’empiler un grand volume de poudres. Les silos peuvent, par exemple, avoir un design longitudinal ou vertical pour faciliter leur extension et pouvoir répondre aux besoins futurs. À l’intérieur des silos, un empileur-récupérateur peut être fourni pour permettre la manutention des poudres. On peut comprendre, cependant, que d’autres mécanismes peuvent être fournis afin de stocker et/ou de manipuler les poudres. Par exemple, le module de stockage peut comprendre un hangar, et/ou tout site d’entreposage configuré pour manutentionner les poudres et les stocker pendant une durée prolongée.
Comme on peut l’apprécier, les poudres métalliques peuvent être très réactives, ce qui les rend vulnérables à la détérioration (par exemple par oxydation des poudres de fer) et qui pose un risque d’incendie important. Donc, dans un mode de réalisation préférable, les poudres sont manutentionnées et stockées d’une manière sécuritaire et d’une manière qui empêche la détérioration. Par exemple, pour les étapes de manutention et de stockage, l’atmosphère peut être enrichie partiellement ou totalement d’un gaz inerte tel que l’argon ou l’azote. Cette atmosphère peut également être contrôlée en température, humidité et/ou en pression de sorte que l’atmosphère dans le module de stockage est plus haute ou plus basse que la pression atmosphérique ambiante. Ainsi, les risques d’oxydation, de dégradation de l’oxyde métallique et d’incendie sont réduits. D’autres mesures de sécurité peuvent être prises, telles que la mise à la terre des équipements, des capteurs thermiques et des appareils certifiés utilisables en milieu explosif.
Dans certains modes de réalisation, le silo de stockage peut être configuré pour être résistant à la contamination par l’humidité et l’apport d’oxygène, et pour contrôler la génération d'hydrogène, entre autres. Par exemple, le silo peut être rendu étanche afin de réduire l’humidité et l’apport en oxygène. La génération d’hydrogène peut être contrôlée avec des évents fixes ou contrôlables à des positions clés. Il est à noter que d'autres mesures peuvent être prises pour contrôler l'environnement à l'intérieur du silo, au besoin.
Lorsque la centrale 300 est en mode de production d’électricité, un deuxième moyen de transport 317 peut être utilisé pour manutentionner et transporter la poudre métallique vers le module de production de puissance 321. Comme on peut l’apprécier, le deuxième moyen de transport 317 peut comprendre des mécanismes similaires au premier moyen de transport 311 , tel qu’un récupérateur qui permet de récupérer la poudre métallique du silo de stockage et un convoyeur à bande qui permet de déplacer la poudre. Bien que ce ne soit pas illustré, il est apprécié que dans certains modes de réalisations, la poudre peut être transportée à un silo temporaire qui est séparé du silo de stockage long terme. Le silo temporaire pourra servir à alimenter directement le module de production de puissance 321 .
Comme décrit de façon générale ci-dessus, la centrale 300 est configurée pour produire de l’électricité par la combustion des poudres métalliques. Dans le présent mode de réalisation, la centrale 300 met en œuvre un procédé de production d’électricité 500 qui utilise le combustible stocké dans le module de stockage 313 (le combustible qui a été produit par le procédé 400) afin de produire de l’électricité et des oxydes métalliques comme sous-produits. L’électricité produite est fournie au module de transformation BT/HT 303 pour conversion à la tension nécessaire pour appuyer le réseau électrique 200, et les oxydes métalliques sont stockés dans la centrale 300 pour être réutilisés dans le procédé de production de combustible 400 lorsque la centrale 300 opère de nouveau dans un mode d’absorption d’énergie.
La centrale 300 peut comprendre plusieurs modules pour mettre en œuvre le procédé de production d’électricité 500, tels qu’un module de préparation et de raffinement 319 et un module de production de puissance 321. Comme sera décrit en plus de détail ci-dessous, le module de préparation 319 peut servir à préparer les poudres de telle sorte qu'elles puissent être brûlées de manière optimale. Le module de production de puissance 321 peut servir à brûler la poudre métallique pour alimenter différents types de générateurs qui mettent en œuvre différents cycles de production d’électricité. Par exemple, dans le présent mode de réalisation, le module de production est configuré pour alimenter un fluide moteur à partir de la chaleur de combustion de poudre métallique afin d’entraîner un groupe turbo alternateur. Plus spécifiquement, le cycle de production d’électricité utilisé est un cycle où la combustion de poudre métallique génère de la vapeur d’eau pour actionner une turbine vapeur et pour produire de l’électricité. Il convient de noter que d’autres machines thermiques produisant de l’électricité ou équipements de conversion chaleur-puissance peuvent être utilisés, tel qu’une turbine à gaz à combustion externe, etc. Il convient également de noter que différents types de générateurs et cycles correspondants peuvent être utilisés en fonction des besoins de puissance de la centrale 300. Notamment, dans certains modes de réalisations, le cycle de Brayton à air chaud ou le cycle de Rankine organique (ORC) peut être utilisé.
Avec référence à la Figure 5, un procédé de production d’électricité 500 par la combustion de métal est illustré en plus de détail selon un mode de réalisation. Dans un premier temps, le combustible (poudre de fer) provenant d’un silo d’alimentation 1 est mélangé dans un pulvérisateur 2 avec de l'air ambiant A-1 propulsé par un ventilateur haute pression 3. Le mélange préchauffé est introduit dans une chaudière 4 via un brûleur 5. Dans le présent mode de réalisation, les poudres métalliques peuvent avoir une distribution granulométrique allant de 1 pm à 350pm avec air atmosphérique pour comburant. Cependant, la taille des particules peut être augmentée en cas d’utilisation de comburant avec une plus grande proportion d’oxygène.
L'énergie thermique de la combustion est utilisée pour convertir de l'eau en vapeur à température et pression élevées. Des tubes d'acier longent les parois de la chaudière dans lesquels l'eau convertie en vapeur est collectée dans un collecteur 6. Les gaz de combustion de la chaudière traversent un générateur de vapeur 7, un surchauffeur 8, un réchauffeur 9, un économiseur 10 et un préchauffeur d'air 11. Par la suite, les gaz traversent un filtre électrostatique 12 et une centrale de traitement des gaz 13 et finissent par s'échapper d’une cheminée 14 dans l'atmosphère.
La vapeur surchauffée à haute pression alimente les divers étages d’une turbine à vapeur 15 couplée à un alternateur 16, ce qui entraîne la rotation de ses aubes. L'énergie de la vapeur est convertie en énergie mécanique dans la turbine à vapeur qui agit comme moteur principal. La pression et la température de la vapeur tombent à une valeur inférieure, et son volume augmente à mesure qu'il passe dans la turbine. La vapeur dégagée à basse pression est évacuée pour être condensée dans un condenseur 17 au moyen d'une circulation d'eau froide provenant d’une tour de refroidissement 18 ou de toute autre source moyennant une pompe de circulation 19. La vapeur perd sa pression ainsi que sa température et est reconvertie en eau.
L'eau condensée est à nouveau amenée à la chaudière par une pompe d'alimentation en eau 20. Une partie de l’eau peut être perdue au cours du cycle, lequel est alimenté de manière appropriée par une source d’eau externe d’appoint A-2 traité dans une station de purification et d’adoucissement 21 .
Les produits solides de la combustion, soit les oxydes métalliques (et dans le présent mode de réalisation l’oxyde de fer), sont récupérés à deux endroits soit dans le bas de la chaudière 22 et au niveau du filtre électrostatique. Ces oxydes métalliques peuvent être stockés pour une durée indéterminée afin d’être éventuellement utilisés pour absorber de l’énergie en se reconstituant en poudre métallique avec de l'électricité. Par exemple, l’oxyde de fer peut être acheminé vers une station de production de combustible 23 (tel que le module de production de poudre métallique 309 de la Figure 3) où il sera réduit en poudre de fer. Dans certains modes de réalisations, une éventuelle perte lors de la combustion peut être compensée par un ajout de minerai de fer A-3. Revenons maintenant à la Figure 3, la centrale 300 comprend un troisième moyen de transport 323 pour transporter les oxydes métalliques produits lors du procédé 500 vers un deuxième module de stockage 325. Comme on peut l’apprécier, l’équipement utilisé dans le troisième moyen de transport 323 et le deuxième module de stockage 325 peut ressembler aux autres moyens de transport 311 , 317 et au premier module de stockage 315. Par exemple, le moyen de transport 323 peut comprendre un convoyeur et un empileur-récupérateur, et le deuxième module de stockage 325 peut comprendre un autre silo. Comme on peut l’apprécier, les oxydes métalliques sont dans un état plus stable et moins réactif. De plus, l’oxyde de fer est non toxique. Donc, il n’est pas nécessaire de prendre toutes les mêmes précautions qu’avec le transport, la manutention et le stockage des poudres métalliques, notamment en ce qui concerne l’inflammabilité. Toutefois, certaines précautions peuvent quand même être prises, puisqu’il peut toujours avoir certains risques de sécurité. Par exemple, toute poudre pose des dangers respiratoires et/ou des risques d’explosions. De plus, en cas de combustion partielle lors de la production des oxydes métalliques, il peut en rester un peu de fer. Ce fer risque de produire de l’hydrogène s’il y a un contact avec l’eau/l’humidité. Des précautions peuvent donc être prises lors du transport, de la manutention, et du stockage des oxydes métalliques pour atténuer ces risques.
Lorsque la centrale 300 est en mode de stockage d’électricité, un quatrième moyen de transport 327 peut être utilisé pour manutentionner et transporter l’oxyde métallique vers le module de production de poudre métallique 309, et/ou vers le module de préparation et conditionnement 307 où l’oxyde métallique peut être stocké temporairement en préparation pour le procédé de production de combustible métallique 400. Encore une fois, l’équipement utilisé dans le quatrième moyen de transport 327 peut ressembler aux autres moyens de transport 311 , 317, 323.
Comme on peut l’apprécier, le quatrième moyen de transport 327 permet de compléter un circuit de transport du vecteur de stockage physique (la poudre métallique et l’oxyde métallique) entre le module de production de poudre métallique 309 et le module de production de puissance 321. Un cycle global est donc bouclé, le cycle permettant la production des poudres métalliques à partir de l’oxyde métallique en absorbant de l’énergie, la génération de l’énergie en brûlant les poudres métalliques, et la reconstitution des poudres métalliques à partir de l’oxyde métallique en absorbant de l’énergie. On peut donc considérer la centrale 300 comme une boîte noire qui comprend toutes les procédures nécessaires pour mettre en oeuvre un procédé global de transformation bidirectionnelle entre l’électricité et la poudre métallique. En d’autres mots, la centrale 300 peut régénérer son propre combustible métallique à partir de ses résidus de combustion.
Dans certains modes de réalisations, il pourra être nécessaire d’injecter de l’oxyde métallique et/ou des poudres métalliques dans la centrale 300, par exemple pour compenser pour les pertes solides qui peuvent se produire lors de la combustion des poudres métalliques, et/ou lors de la reconstitution des poudres métalliques (par exemple si la reconstitution des poudres métalliques est effectuée par réduction directe des oxydes de fer par de l’hydrogène). L’injection de l’oxyde métallique et/ou des poudres métalliques est aussi nécessaire pour commencer le premier cycle de la centrale 300 ou pour augmenter la capacité de la centrale 300 à absorber et/ou générer de l’électricité. Comme on peut l’apprécier, l’injection peut se faire de certaines manières. Par exemple, tel qu’illustré sur la Figure 3, de l’oxyde métallique d’appoint 329 peut être transporté d’un site externe, conditionné, et introduit dans le deuxième module de stockage 325. Dans d’autres modes de réalisation, de l’oxyde de fer neuf peut être introduit directement à l’étape de lixiviation dans le procédé électrolytique 400. On peut comprendre également que l’oxyde métallique peut être remplacé par du nouvel oxyde « frais » d’un site externe, par exemple si l’oxyde métallique dans la centrale 300 s’est dégradé au cours de plusieurs années d’utilisation. L’injection et/ou le remplacement des poudres métalliques pourrait aussi être effectué d’une manière similaire.
Dans un mode de réalisation, tous les équipements nécessaires pour mettre en oeuvre le cycle d’absorption et de génération d’électricité (tel que les moyens de transport 311 , 317, 323, 327, les modules de stockage 315, 325, les modules de transformation 309, 321 , ainsi que tout module accessoire) peuvent être substantiellement tous alimentés par une source d’énergie commune. Par exemple, tous les équipements pourraient être alimentés par la centrale 300, par un circuit électrique local de la centrale 300 (par exemple un circuit à BT), par un réseau électrique commun (par exemple un réseau à HT) et/ou appuyés par d’autres sources d’énergie, tel qu’une génératrice pour le démarrage. Dans certains modes de réalisation, au moins le module de production de poudre métallique et le module de production de puissance sont les deux branchés sur le même réseau électrique. De cette façon, la centrale 300 peut opérer de façon substantiellement autosuffisante, sans avoir besoin de l’énergie ou d’autres contributions externes. La centrale pourra donc absorber ou générer de l’énergie sur demande d’une manière qui est substantiellement renouvelable et autonome.
Bien qu’une configuration exemplaire de la centrale 300 a été décrite ci-dessus pour absorber et fournir de l’électricité à un réseau 200, il est apprécié que plusieurs configurations de la centrale 300 et ses modules sont possibles afin d’intégrer la centrale dans de différentes configurations de réseaux électriques. Quelques configurations exemplaires sont illustrées sur les Figures 6A à 6D, mais il est apprécié que d’autres configurations sont aussi possibles.
Dans une première configuration illustrée sur la Figure 6A, la centrale 300 est configurée pour absorber et fournir de l’énergie au même réseau 200. Le module de production de puissance 103 et le module de production de poudre métallique 107 sont physiquement situés sur un site commun 600. Ce site commun 600 peut correspondre à un chantier commun (par exemple qui peut comprendre un ou plusieurs établissements, bâtiments, etc.), à une région géographique commune (tel qu’une municipalité, ville, etc.), et/ou à tout emplacement où les modules 103 et 107 se situent dans le même pays ou territoire, par exemple à moins de 100km l’un de l’autre, ou même à moins de 50km l’un de l’autre. Dans cette configuration, la centrale 300 peut servir à équilibrer la puissance du réseau 200 global lors des fluctuations saisonnières par exemple.
Dans une deuxième configuration illustrée sur la Figure 6B, la centrale 300 est configurée pour absorber de l’énergie d’un premier réseau 200A, et pour fournir de l’énergie à un deuxième réseau 200B qui est différent du premier réseau 200A. Le module de production de puissance 103 et le module de production de poudre métallique 107 sont physiquement situés sur un site commun 600. Ce site commun 600 peut correspondre à un chantier commun (par exemple qui peut comprendre un ou plusieurs établissements, bâtiments, etc.), à une région géographique commune (tel qu’une municipalité, ville, etc.), et/ou à tout emplacement où les modules 103 et 107 se situent dans deux régions différentes dans un même territoire, ou même transfrontalières, par exemple à des emplacement qui se situent à moins de 100km l’un de l’autre ou même à moins de 50km l’un de l’autre. Les modules 103 et 107 peuvent être situés, par exemple, à proximité d’une frontière entre les deux réseaux 200A et 200B. Dans certaines configurations, les deux réseaux 200A et 200B peuvent être des réseaux d’un même pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc. pour absorber et fournir de l’énergie à deux réseaux distincts du même pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc. Dans d’autres configurations, les deux réseaux 200A et 200B peuvent être des réseaux de différents pays, territoires, dominions, municipalités, ville, etc. Dans cette configuration, l’énergie peut être absorbée d’un premier réseau 200A d’un premier pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc., et fournie ou vendue à un deuxième réseau 200B d’un pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc. distinct. Ces deux réseaux peuvent appartenir et/ou être opéré par la même propriétaire ou opérateur, ou par des différents propriétaires ou opérateurs.
Dans une troisième configuration illustrée sur la Figure 6C, la centrale 300 est configurée pour absorber et fournir de l’énergie au même réseau 200. Cependant, le module de production de puissance 103 est physiquement situé sur un premier site 600A, alors que le module de production de poudre métallique 107 est physiquement situé sur un deuxième site 600B qui est différent du premier site 600A. Ces sites 600A et 600B peuvent correspondre à des chantiers distincts (par exemple qui peuvent chacun comprendre un ou plusieurs établissements, bâtiments, etc.), à des régions géographiques distinctes (tel que de municipalité, ville, etc. différentes), et/ou à tout emplacement où les modules 103 et 107 sont distants l’un de l’autre dans le même territoire (ou dans toute région desservie par le même réseau 200), par exemple des emplacements qui sont distants de plus de 100km l’un de l’autre dans le même territoire. Dans cette configuration, la centrale 300 peut permettre de distribuer de l’énergie sur des zones plus étendues et/ou à des endroits stratégiques d’un même réseau, par exemple pendant des fluctuations saisonnières ou d’autres fluctuations temporelles du réseau 200. Comme on peut l’apprécier, les modules de stockage 101 , 105 peuvent être situés sur l’un ou l’autre des sites 600A, 600B et/ou à des sites intermédiaires. On peut également apprécier que les modules de transport puissent être adaptés pour transporter les oxydes et les poudres métalliques sur de plus longues distances.
Dans une quatrième configuration illustrée sur la Figure 6D, la centrale 300 est configurée pour absorber de l’énergie d’un premier réseau 200A, et pour fournir de l’énergie à un deuxième réseau 200B qui est différent du premier réseau 200A. De plus, le module de production de puissance 103 est physiquement situé sur un premier site 600A, alors que le module de production de poudre métallique 107 est physiquement situé sur un deuxième site 600B qui est différent du premier site 600A. Ces sites 600A et 600B peuvent correspondre à des chantiers distincts (par exemple qui peuvent chacun comprendre un ou plusieurs établissements, bâtiments, etc.), à des régions géographiques distinctes (tel que de municipalité, ville, etc. différentes), et/ou à tout emplacement où les modules 103 et 107 sont distants l’un de l’autre dans le même territoire, par exemple lorsque les modules sont à une distance de plus de 100km l’un de l’autre dans le même territoire. Les modules 103 et 107 peuvent être situés, par exemple, à proximité d’une frontière entre les deux réseaux 200A et 200B. Dans certaines configurations, les deux réseaux 200A et 200B peuvent être des réseaux d’un même pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc. pour absorber et fournir de l’énergie à deux réseaux distincts du même pays, territoire, dominion, municipalité, ville, etc. Dans d’autres configurations, les deux réseaux 200A et 200B peuvent être des réseaux de territoires, dominions, municipalités, villes, etc. différentes. Dans cette configuration, l’énergie peut être absorbée d’un premier réseau 200A d’un premier territoire, dominion, municipalité, ville, etc., et fournie à un deuxième réseau 200B d’un territoire, dominion, municipalité, ville, etc. distincts. Ces deux réseaux peuvent appartenir et/ou être opéré par la même propriétaire ou opérateur, ou par des différents propriétaires ou opérateurs. Comme on peut l’apprécier, les modules de stockage 101 , 105 peuvent être situés sur l’un ou l’autre des sites 600A, 600B et/ou à des sites intermédiaires. On peut également apprécier que les modules de transport puissent être adaptés pour transporter les oxydes et les poudres métalliques sur de plus longues distances.
Comme on peut l’apprécier, la centrale métallique 300 décrite ci-dessus peut avoir plusieurs avantages par rapport aux centrales traditionnelles. Son principe de fonctionnement est la conversion d’électricité (énergie) métal-électricité (puissance), qui permet une conversion complexe de l’énergie électrique en énergie métallique, et vice-versa. Le métal sous forme de poudre ou de grain sert de vecteur de stockage physique.
La centrale métallique peut également convertir une grande quantité d’oxyde métallique en poudre métallique en utilisant de l’électricité. Le métal, peu importe sa composition chimique, demeure toujours sur place. Sous forme solide, il ne nécessite pas d’effort supplémentaire tel que la compression d’un gaz ou la contre- pression de l’étanchéité hydraulique d’un réservoir d’eau. Seuls les électrons, l’oxygène et le métal se déplacent.
La poudre métallique peut être utilisée comme combustible pour alimenter une centrale à cycle thermique. Donc, la localisation d’une centrale métallique ne dépend pas d’une situation géographique en région éloignée. Elle pourrait être installée à proximité d’un centre à grande demande de puissance ou à un point stratégique pour le transporteur. Par exemple, le métal pourrait être le fer qui est disponible en grande quantité dans certaines régions du globe. Il est également possible d’utiliser d’autres types de métaux tels que le silicium, l’aluminium, le fero- silicium, le magnésium, etc.
La centrale métallique peut aussi disposer d’une faible emprise au sol (particulièrement en comparaison au stockage Hydro pompé de longue durée), et peut disposer d’une très bonne possibilité d’augmentation de la capacité de stockage de longue durée. La centrale peut donc évoluer facilement pour répondre à des besoins de puissance pour de plus grandes périodes. La capacité d’absorber la puissance est définie par la partie reconstitution des poudres métalliques. La capacité de restituer de la puissance est définie par la partie génération de puissance. Ces deux aspects du procédé sont relativement coûteux. Par contre, le stockage des poudres de fer et d’oxyde de fer peut facilement être augmenté pour un coût bien inférieur aux deux autres aspects du procédé. Il suffit d’augmenter le nombre de silos, par exemple. Finalement, la centrale électrique a la possibilité d’opérer et/ou d’être désignée en capacité en puissance asymétrique. La centrale peut avoir la capacité d’absorber une puissance maximale différente de la capacité de production en puissance maximale. Ce choix est pourra être influencé entre autres par la réalité économique du marché de l’électricité où la centrale sera implantée, et/ou la réalité opérationnelle des réseaux à laquelle elle sera connectée.
Bien que certains avantages aient été décrits, la personne versée dans l’art peut découvrir d'autres avantages et/ou caractéristiques inhérents à l'invention qui n'ont pas explicitement été décrits. En outre, bien que certaines configurations et certains modes de réalisations aient été décrits ici, il est apprécié qu'ils soient à titre d'exemple uniquement et ne doivent pas être pris de manière à limiter la portée de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Une centrale électrique configurée pour opérer dans un premier mode dans lequel elle fournit de l'énergie à un réseau électrique récepteur, et dans un second mode dans lequel elle absorbe de l'énergie d'un réseau électrique source, caractérisée en ce que :
- dans ledit premier mode, la centrale est configurée à produire de l'électricité en utilisant de la poudre métallique comme combustible ; et
- dans ledit second mode, la centrale est configurée à stocker de l'énergie en utilisant l'électricité du réseau source pour reconstituer la poudre métallique à partir de l'oxyde métallique.
2. La centrale électrique selon la revendication 1 , comprenant un module de production de puissance configuré pour générer de l’électricité en brûlant les poudres métalliques, un module de production de poudre métallique configuré pour reconstituer les poudres métalliques à partir des oxydes métalliques avec de l’électricité, et au moins un moyen de transport pour transporter les poudres métalliques et les oxydes métalliques entre le module de production de puissance et le module de production de poudre métallique.
3. La centrale électrique selon la revendication 2, selon laquelle le module de production de puissance et le module de production de poudre métallique sont situés dans une même région.
4. La centrale électrique selon la revendication 2, selon laquelle le module de production de puissance et le module de production de poudre métallique sont situés dans des régions différentes.
5. La centrale électrique selon les revendications 3 ou 4, selon laquelle le module de production de puissance et le module de production de poudre métallique sont espacés l’un de l’autre par une distance inférieur à 100km ou préférablement 50km.
6. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un premier module de stockage pour stocker les poudres métalliques, et un deuxième module de stockage pour stocker les oxydes métalliques.
7. La centrale électrique selon la revendication 6, selon laquelle au moins un des modules de stockage comprend un silo, un hangar et/ou tout installation d’entreposage configuré pour manutentionner les poudres et les stocker pendant une durée prolongée.
8. La centrale électrique selon la revendication 6 ou 7, selon laquelle au moins un des modules de stockage comprend une atmosphère contrôlée en humidité, pression et/ou composition de gaz.
9. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant au moins un moyen de transport pour transporter les poudres métalliques et les oxydes métalliques entre le premier et le deuxième module de stockage et les modules de production de poudre métallique et de puissance.
10. La centrale électrique selon la revendication 9, selon laquelle l’au moins un moyen de transport comprend un convoyeur.
11. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, selon laquelle les modules de production et les modules de stockage sont situés sur le même site.
12. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 6 à 10, selon laquelle les modules de production et les modules de stockage sont situés sur des sites différents.
13. La centrale électrique selon les revendications 11 ou 12, selon laquelle les modules de production sont espacés des modules de stockage par une distance inférieur à 100km ou préférablement 50km.
14. La centrale électrique selon la revendication 9 ou 10, selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source opèrent à une première tension, et les modules de stockage et/ou de transport sont alimentés par une source électrique commune à une deuxième tension plus basse que la première tension.
15. La centrale électrique selon la revendication 9 ou 10, selon laquelle les modules de stockage et/ou de transport sont au moins partiellement alimentés par le module de production de puissance.
16. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source sont le même réseau électrique.
17. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source sont des réseaux électriques différents.
18. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, selon laquelle le module de production de puissance est configuré pour alimenter un fluide moteur à partir de la chaleur de combustion de poudre métallique afin d’entraîner un groupe turbo alternateur ou autres machines thermiques produisant de l’électricité.
19. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, selon laquelle le module de production de poudre métallique est configuré pour reconstituer la poudre métallique par électrolyse.
20. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 19, selon laquelle le module de production de poudre métallique est configuré pour régénérer la poudre métallique par réduction directe des oxydes métalliques par hydrogène ou par électrolyse en milieu alcalin.
21. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, configurée pour opérer dans un troisième mode selon lequel elle est au repos et ne produit ni n’absorbe de l’énergie, et/ou dans un quatrième mode selon lequel elle opère comme machine tournante pour la stabilisation du réseau électrique récepteur et/ou source.
22. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 21, selon laquelle le réseau électrique source est au moins partiellement alimenté par une source d’énergie non variable.
23. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, selon laquelle le réseau électrique source est alimenté au moins partiellement par une source d’énergie hydroélectrique.
24. La centrale électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 23, selon laquelle le réseau électrique source est au moins partiellement alimenté par une source d’énergie variable et/ou avec des ressources énergétiques décentralisées.
25. Une méthode de stockage et de production d’électricité, comprenant les étapes suivantes :
- absorber de l’énergie d’un réseau électrique source en utilisant l'électricité du réseau électrique source pour reconstituer de la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique;
- produire de l’énergie en utilisant la poudre métallique reconstituée comme combustible; et
- fournir l’énergie produite à un réseau électrique récepteur.
26. La méthode selon la revendication 25, selon laquelle l’oxyde métallique produite lors de la combustion de la poudre métallique est utilisée pour ensuite absorber l’énergie du réseau électrique source.
27. La méthode selon la revendication 25 ou 26, selon laquelle l’étape d’absorber de l’énergie et l’étape de produire de l’énergie sont effectuée sur un site commun.
28. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 27, selon laquelle l’étape d’absorber de l’énergie est effectuée à un premier sous- site, et l’étape de produire de l’énergie est effectuée à un deuxième sous- site espacé du premier sous-site dans une même région.
29. La méthode selon la revendication 25 ou 26, selon laquelle l’étape d’absorber de l’énergie est effectuée à un premier site, et l’étape de produire de l’énergie est effectuée à un deuxième site différent du premier site.
30. La méthode selon la revendication 29, comprenant une étape de transporter l’oxyde métallique produite du premier site au deuxième site, et une étape de transporter la poudre métallique reconstituée du deuxième site au premier site.
31. La méthode selon la revendication 29 ou 30, selon laquelle le premier et le deuxième site sont espacés l’un de l’autre.
32. La méthode selon l’une quelconque des revendications 29 à 31 , selon laquelle le premier et le deuxième site sont situés dans le même pays, territoire, dominion, ville et/ou municipalité.
33. La méthode selon l’une quelconque des revendications 29 à 31 , selon laquelle le premier et le deuxième site sont situés dans des différents pays, territoires, dominions, villes et/ou municipalités.
34. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, selon laquelle le réseau électrique source et le réseau électrique récepteur sont le même réseau électrique.
35. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 33, selon laquelle le réseau électrique source et le réseau électrique récepteur sont des réseaux électriques différents.
36. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 35, selon laquelle le réseau électrique source est au moins partiellement alimenté par une source d’énergie non variable tel que par l’hydroélectricité.
37. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 36, selon laquelle le réseau électrique source est au moins partiellement alimenté par une source d’énergie variable et/ou avec des ressources énergétiques décentralisées.
38. La méthode selon l’une quelconque des revendications 25 à 37, selon laquelle l’étape absorber de l’énergie est effectué lorsqu’il y a un excédent d’énergie sur le réseau électrique source, et les étapes de produire et fournir l’énergie sont effectués lorsqu’il y a une insuffisance d’énergie sur le réseau électrique récepteur.
39. Un système de stockage et de production d’électricité par moyen de poudre métallique, comprenant :
- un module de production de puissance branché à un réseau électrique récepteur, le module de production de puissance étant configuré pour produire de l’électricité et de l’oxyde métallique par la combustion de poudre métallique, et pour fournir l’électricité produite au réseau électrique récepteur; et
- un module de production de poudre métallique branché à un réseau électrique source, le module de production de poudre métallique étant configuré pour absorber de l’électricité en reconstituant la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique avec de l’électricité provenant du réseau électrique source.
40. Le système selon la revendication 39, comprenant au moins un module de transformation de tension pour transformer l’électricité du module de production de puissance à une tension compatible avec le réseau électrique récepteur, et/ou pour transformer l’électricité du réseau électrique source à une tension compatible avec le module de production de poudre métallique.
41. Le système selon la revendication 39, selon laquelle le module de transformation de tension comprend un module de transformation de tension bidirectionnelle configuré à transformer une première tension à une deuxième tension qui est différente de la première tension, et vice- versa.
42. Le système selon la revendication 39, comprenant :
- un premier module de stockage pour stocker les poudres métalliques;
- un deuxième module de stockage pour stocker des oxydes métalliques produits par la combustion de la poudre métallique; et
- au moins un moyen de transport configuré pour : o transporter les poudres métalliques du premier module de stockage au module de production de puissance; o transporter les oxydes métalliques du module de production de puissance au deuxième module de stockage; o transporter les oxydes métalliques du deuxième module de stockage au module de production de poudre métallique; et o transporter les poudres métalliques du module de production de poudre métallique au premier module de stockage.
43. Une centrale électrique configurée pour fournir de l’électricité à un réseau électrique récepteur par la combustion de poudre métallique, et configurée pour absorber de l’énergie en reconstituant, avec de l’électricité d’un réseau électrique source, la poudre métallique à partir de l’oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique.
44. La centrale selon la revendication 43, selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source sont le même réseau électrique.
45. Une méthode de stockage et de production d’électricité, comprenant les étapes suivantes :
- produire de la poudre métallique à un premier sous-site en utilisant de l’électricité d’un réseau électrique source; et
- transporter la poudre métallique à un deuxième sous-site afin d’être utilisée comme combustible pour produire de l’électricité pour appuyer un réseau électrique récepteur.
46. Une méthode de stockage et de production d’électricité, comprenant les étapes suivantes :
- produire de l’électricité à un premier sous-site par la combustion de poudre métallique;
- fournir l’électricité produite à un réseau électrique récepteur; et
- transporter de l’oxyde métallique produit par la combustion de la poudre métallique à un deuxième sous-site, afin d’être reconstitué en poudre métallique avec de l’électricité d’un réseau électrique source.
47. La méthode selon la revendication 45 ou 46, selon laquelle le premier sous-site est espacé du deuxième sous-site dans une même région.
48. La méthode selon la revendication 45 ou 46, selon laquelle le premier sous-site est situé sur un premier site, et le deuxième sous-site est située sur un deuxième site différent du premier site.
49. La méthode selon l’une quelconque des revendications 45 à 48, selon laquelle selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source sont le même réseau électrique.
50. La méthode selon l’une quelconque des revendications 45 à 48, selon laquelle selon laquelle le réseau électrique récepteur et le réseau électrique source sont des réseaux électriques différents.
51. Une méthode de stockage et de production d’électricité, comprenant les étapes suivantes :
- produire de la poudre métallique sur un site en utilisant de l’électricité d’un réseau électrique source; et
- produire de l’électricité sur le même site pour appuyer un réseau électrique récepteur, en utilisant la poudre métallique comme combustible.
PCT/CA2021/050656 2020-05-14 2021-05-11 Système et procédé de stockage et de production d'électricité Ceased WO2021237338A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3171989A CA3171989A1 (fr) 2020-05-14 2021-05-11 Systeme et procede de stockage et de production d'electricite
US17/924,888 US11993858B2 (en) 2020-05-14 2021-05-11 System and method for storing and generating electricity
EP21812894.0A EP4150139A4 (fr) 2020-05-14 2021-05-11 Système et procédé de stockage et de production d'électricité

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3,080,734 2020-05-14
CA3080734A CA3080734A1 (fr) 2020-05-14 2020-05-14 Systeme et procede de stockage et de production d'electricite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021237338A1 true WO2021237338A1 (fr) 2021-12-02

Family

ID=78610731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CA2021/050656 Ceased WO2021237338A1 (fr) 2020-05-14 2021-05-11 Système et procédé de stockage et de production d'électricité

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11993858B2 (fr)
EP (1) EP4150139A4 (fr)
CA (2) CA3080734A1 (fr)
WO (1) WO2021237338A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2031665B1 (en) * 2022-04-22 2023-11-07 Renewable Iron Fuel Tech B V Boiler for iron fuel combustion arrangement
WO2025034108A1 (fr) * 2023-08-04 2025-02-13 Renewable Iron Fuel Technology B.V. Système de combustible à base de fer pour combustion de combustible à base de fer

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009043169A1 (de) * 2009-09-26 2011-03-31 Gerhard Bihler Emissionsfreies Dampfkraftwerk, das auf Basis der Eisenoxid-Aluminium Reaktion betrieben wird

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2872716B1 (fr) * 2004-07-06 2006-11-03 Altreg Sarl Produit de stockage reversible de dihydrogene, procede de fabrication d'un tel produit, et utilisation d'un tel produit pour le stockage reversible de dihydrogene
AU2007348242A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-12 Research Foundation Of The City University Of New York Solar power plant and method and/or system of storing energy in a concentrated solar power plant
KR20100032408A (ko) * 2007-06-06 2010-03-25 오스라, 인크. 조합 사이클 파워 플랜트
CA2717887C (fr) 2008-04-11 2016-06-14 Francois Cardarelli Procede electrochimique de recuperation de valeurs de fer metallique et d'acide sulfurique a partir de dechets sulfates riches en fer, de residus d'exploitation et de lessives de decapage.
GB2499007A (en) * 2012-02-02 2013-08-07 Impressive Engineering Ltd Underground energy storage well

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009043169A1 (de) * 2009-09-26 2011-03-31 Gerhard Bihler Emissionsfreies Dampfkraftwerk, das auf Basis der Eisenoxid-Aluminium Reaktion betrieben wird

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BERGTHORSON, JEFFREY M.: "Recyclable metal fuels for clean and compact zero- carbon power", PROGRESS IN ENERGY AND COMBUSTION SCIENCE, vol. 68, September 2018 (2018-09-01), pages 169 - 196, XP055876570 *
BERGTHORSON, JEFFREY M: "Recyclable metal fuels for clean and compact zero-carbon power", PROGRESS IN ENERGY AND COMBUSTION SCIENCE, vol. 68, 2018, pages 169 - 196, XP055876570, DOI: 10.1016/j.pecs.2018.05.001
HULSBOS M R : "Metal Energy Carriers: Renewable Fuels of the Future", INTERNATIONAL WORKSHOP ON CLEAN COMBUSTION: PRINCIPLES AND APPLICATIONS, 26 September 2019 (2019-09-26) *
JULIEN PHILIPPE, BERGTHORSON JEFFREY M.: "Enabling the metal fuel economy: green recycling of metal fuels", SUSTAINABLE ENERGY & FUELS, HANS PUBLISHING, vol. 1, no. 3, 1 January 2017 (2017-01-01), pages 615 - 625, XP055876572, ISSN: 2164-9219, DOI: 10.1039/C7SE00004A *
KOOHI-KAMALI ET AL.: "Emergence of energy storage technologies as the solution for reliable operation of smart power systems: A review", RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS, vol. 25, 2013, pages 135 - 165, XP055358099, DOI: 10.1016/j.rser.2013.03.056 *
See also references of EP4150139A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP4150139A1 (fr) 2023-03-22
US11993858B2 (en) 2024-05-28
US20230203690A1 (en) 2023-06-29
CA3080734A1 (fr) 2021-11-14
CA3171989A1 (fr) 2021-12-02
EP4150139A4 (fr) 2024-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chang et al. Potential controllable redox couple for mild and efficient lithium recovery from spent batteries
CN102333722B (zh) 用于生成氢的组合物和方法
CA3037108A1 (fr) Systeme d'electrolyse reversible de l'eau a haute temperature comportant un reservoir d'hydrures couple a l'electrolyseur
WO2021237338A1 (fr) Système et procédé de stockage et de production d'électricité
EP3303659B1 (fr) Système de production de dihydrogène, et procédé associé
WO2006100915A1 (fr) Appareil de foramtion d’hydrogene, appareil de reduction au laser, appareil de transformation d’energie, procede pour former de l’hydrogene et systeme de generation d’electricite
FR3121937A1 (fr) Procédé de stockage d'électricité variable
WO2019193280A1 (fr) Procede electrochimique de production d'hydrogene gazeux sous pression par electrolyse puis par depolarisation
JP5124728B2 (ja) 水素生成装置、レーザ還元装置、エネルギー変換装置、水素生成方法および発電システム
FR3079530A1 (fr) Procede electrochimique de production d'hydrogene gazeux sous pression par electrolyse puis par conversion electrochimique
JP6080034B2 (ja) アルミニウムを再生可能燃料として利用する方法
KR20210058397A (ko) 태양광용 실리콘 슬러지로부터 나노실리콘을 회수하여 리튬이온배터리의 음극재용 첨가제인 실리콘／탄소 복합체를 제조하는 방법
FR3117694A1 (fr) Système de gestion d’énergie pour la consommation ou la distribution d’énergie d’un habitat résidentiel
JPS6232128B2 (fr)
WO2014202854A1 (fr) Procédé de fabrication d'acide formique par réduction electrocatalytique en phase gazeuse du co2
FR2930770A1 (fr) Installation de production et de distribution d'hydrogene associee a au moins un incinerateur de dechets menagers
EP2288574B1 (fr) Systeme de production autonome d'hydrogene pour un systeme embarque
EP3773991A1 (fr) Procede et dispositif de compression electrochimique d'hydrogene gazeux
US4677040A (en) Power generation systems and methods
EP3210253B1 (fr) Procédé de production d'électricite par une pile a combustible et dispositif associé
FR3091275A1 (fr) Systeme et procede de stockage et de restitution de dihydrogene
Roy et al. Advanced ternary NH2-functionalized MOF/NiIn2S4/phosphorene nanocomposites for high-performance photoelectrocatalytic hydrogen evolution from water splitting
WO2024200589A1 (fr) Systeme et procede de reduction directe par l'hydrogene de poudre d'oxydes de fer
FR3160705A3 (fr) Systeme et procede de reduction directe par l’hydrogene de poudre d’oxydes de fer
Wang et al. Closed-loop recycling of spent LiFePO4 batteries by integrating organic acid leaching and selective adsorption

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21812894

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3171989

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021812894

Country of ref document: EP

Effective date: 20221214