WO2022117406A1 - Method for storage and recovery of energy with thermal optimisation on expansion - Google Patents

Method for storage and recovery of energy with thermal optimisation on expansion Download PDF

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WO2022117406A1
WO2022117406A1 PCT/EP2021/082777 EP2021082777W WO2022117406A1 WO 2022117406 A1 WO2022117406 A1 WO 2022117406A1 EP 2021082777 W EP2021082777 W EP 2021082777W WO 2022117406 A1 WO2022117406 A1 WO 2022117406A1
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WO
WIPO (PCT)
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expansion
heat
compressed gas
compression
stage
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/082777
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French (fr)
Inventor
David Teixeira
Elsa MULLER-SHERNETSKY
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles filed Critical IFP Energies Nouvelles
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F02C6/16Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads for storing compressed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • YGENERAL 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
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of the storage and recovery of energy by compressed gas, in particular compressed air.
  • Electrochemical type technologies can also be used for energy storage such as lithium-ion, lead-acid or even nickel-cadmium batteries, or circulation batteries for example using electrolytes.
  • CAES Compressed Air Energy Storage
  • CAES Compressed Air Energy Storage
  • a variant of CAES technology is the adiabatic process, also called AACAES (from the English “Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage”).
  • AACAES Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage
  • the main difference with CAES is that the heat resulting from the compression is no longer just evacuated between each stage, i.e. lost, but stored in order to be able to heat the air upstream of the turbines in the recovery phase. of energy. Thanks to this reuse of the thermal energy internal to the process, the yield of the ACAES can reach around 70% instead of around 50% for the CAES process.
  • the cooling of the air in the compression phase can be done in a heat exchanger with a heat transfer fluid.
  • the hot heat transfer fluid will then be stored in order to be able to transfer its heat to the air during the expansion phase.
  • a first solution to limit the damage to the compressors is to extract the water from the compression line, by means of a gas/liquid separator provided at each compression stage.
  • Figure 6 of the prior art illustrates, schematically in block diagram form, such an AACAES system and method. This figure shows the phase of energy storage by compression of a gas, and the phase of energy production by expansion of a gas.
  • the system according to the prior art consists of a compression line 1, including one or more compression stages 3 depending on the air pressure to be achieved as well as the recommendations of the suppliers.
  • the compression line 1 comprises three compression stages 3.
  • Each compression stage 3 comprises a compression means 100, 101, 102, also called a compressor.
  • Compressor 100 is a low pressure compressor
  • compressor 101 is a medium pressure compressor
  • compressor 102 is a high pressure compressor.
  • the gas used in the process illustrated is ambient air, containing a water saturation linked to its temperature and its pressure.
  • the air is compressed in the compression line 1 then sent to a compressed air storage means 500 adapted to high pressures.
  • Heat storage and recovery means 200, 201, 202 are arranged after each compressor 100, 101, 102 of each compression stage 3 in order to cool the hot compressed air at the compression outlet while storing this thermal energy.
  • the heat storage and recovery means 200 is suitable for low pressure
  • heat storage and recovery means 201 is suitable for medium pressure
  • heat storage and recovery means 202 is suitable for high pressure.
  • Cooling means 600, 601, 602 can be arranged after the heat storage and recovery means 200, 201, 202 if necessary in order to finish cooling the compressed air before the next compression stage or before its storage. Once the air has cooled and before the next compression stage, the condensed water, resulting from the humidity of the air, is extracted from the air compression flow by gas-liquid separators S1, S2, S3 in order to have air entering the compressor without any trace of liquid water. This water condensation can take place in the heat storage and recovery means 200, 201, 202 and/or in the cooling means 600, 601, 602.
  • Turbine 302 is a low pressure turbine
  • turbine 301 is a medium pressure turbine
  • turbine 300 is a high pressure turbine.
  • Patent application WO2016/079485 concerns an energy storage and recovery system in which the waste heat at the outlet of the last turbine is used to heat the air upstream of the first turbine. This system nevertheless leaves a quantity of energy lost at the outlet of the heat exchanger intended to heat the air upstream of the first turbine.
  • the aim of the invention is to improve the energy storage and recovery performance of a compressed air system.
  • a compressed gas energy storage and recovery system comprising:
  • each compression stage comprising a compression means and a heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of the compression means ,
  • a compressed gas storage means located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas
  • the expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means, the expansion line comprising at least two successive expansion stages, each expansion stage comprising pipes and an expansion means, the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the means of storage and recovery of heat from a compression stage so as to heat the compressed gas before the expansion means.
  • the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located on the first expansion stage, the first heat exchange means being designed to heat the gas prior to the passage of the compressed gas into the heat storage and recovery means in which the compressed gas of the first expansion stage circulates and before the compressed gas is sent to the next expansion stage of the expansion line.
  • the invention also relates to a process for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
  • a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least one compression means; b) after each compression step, the heat of the compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; c) the cooled compressed gas is stored in a compressed gas storage means.
  • the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line of at least two expansion stages, and in each expansion stage, the gas is heated compressed using the heat stored during the compression step by causing it to circulate in one of the heat storage and recovery means, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means; and the heat of at least part of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream means of heat storage and recovery.
  • the invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system comprising: - a gas compression line with at least one compression stage, each compression stage comprising compression means and heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of said compression means ,
  • At least one compressed gas storage means located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas
  • the expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means, the expansion line comprising at least two successive expansion stages, each expansion stage comprising pipes and an expansion means, the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the means for storing and recovering the heat of the compression stages so as to heat the compressed gas before the expansion means.
  • the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located in the first expansion stage, the first heat exchange means being designed to heat the gas before the compressed gas passes through the heat storage and recovery means in which the compressed gas of the first expansion stage circulates and before the cooled compressed gas is sent to the next expansion stage of the expansion line.
  • said heat storage and recovery means comprises heat storage particles.
  • said compression line comprises as many compression stages as the expansion line comprises expansion stages, each heat storage and recovery means of a compression stage being used in the expansion stage at the corresponding pressure.
  • the expansion line and the compression line each comprise three stages.
  • At least one compression stage comprises cooling means downstream of the heat storage and recovery means, preferably, said cooling means comprising an air cooler.
  • At least one compression stage comprises separation means for separating the compressed gas from a liquid phase before the compressed gas reaches the next compression stage or the storage means of compressed gas, each compression stage comprising a liquid storage means for storing said liquid phase at the pressure of the compression stage.
  • At least one expansion stage comprises a mixing means for mixing with said compressed gas said liquid phase exiting from one of the means for storing liquid from the compression stages before said first heat exchange means and/or before the heat storage and recovery means.
  • said mixing means is positioned upstream of said first heat exchange means on the first expansion stage and upstream of the heat storage and recovery means on the other expansion stages.
  • the expansion line comprises a heat recovery line for causing the expanded gas to circulate at the outlet of the last expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a second heat exchange means located on the second expansion stage, upstream of the second expansion stage heat storage and recovery means.
  • the invention relates to a method for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
  • a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least one compression means; b) after each compression step, the heat of said compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; c) the cooled compressed gas is stored in a compressed gas storage means.
  • the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line of at least two expansion stages, and in each expansion stage, the gas is heated compressed by causing it to circulate in one of the means for storing and recovering the heat thanks to the heat stored during the compression step, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means; moreover, the heat of at least part of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream of the heat storage and recovery means.
  • the heat storage and recovery means of each of the steps b) are used to heat the compressed gas from the expansion step to the corresponding pressure.
  • the heat of the compressed gas is recovered by heat storage particles.
  • the compressed gas at the outlet of the heat storage and recovery means is cooled in a cooling means before the gas is sent to the next compression stage or in the compressed gas storage means.
  • the heat is recovered from the expanded gas at the outlet of the last expansion stage to heat the compressed gas entering the second expansion stage, upstream of the means for storing and recovering the heat from the second expansion stage.
  • the compressed gas is separated from a liquid phase that it contains in a separation means, before the compressed gas is sent to the next compression stage or to the storage means of the compressed gas, the liquid leaving each separation means being stored at the pressure in which it is in a liquid storage means.
  • the liquid stored in a liquid storage means is injected, and it is mixed with the compressed gas, before each heating stage.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 6 illustrates a heat storage and recovery system according to the prior art.
  • the present invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system. It includes in particular:
  • a compression line is a line allowing the gas to circulate from an inlet to at least one compressed gas storage means. Therefore, the compression line can comprise several compression stages mounted in series (successive compression stages). Each compression stage comprises a compression means (a pump or a compressor for example) and a heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of the compression means.
  • the compressors can be axial or centrifugal compressors.
  • each compression stage the gas can be compressed and then the heat induced by the compression of the gas can be recovered in order to improve the energy recovery performance of the system.
  • the use of a heat storage and recovery means after each compression means makes it possible to cool the compressed gas before each following compression stage, making it possible to ensure the integrity of the following compression means by avoiding possible deterioration of the latter in the event of too high a temperature and to improve the yield of the compression phase.
  • this makes it possible to store the heat induced by each compression stage, at a temperature dependent on each compression means.
  • Each heat storage and recovery means is adapted to the pressure of each compression stage on which it is installed.
  • At least one compressed gas storage means located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas, awaiting a subsequent energy need.
  • expansion line for expanding the compressed gas stored in the compressed gas storage means.
  • the expansion line comprises at least two successive expansion stages, that is to say connected in series.
  • “Expansion line” is understood to mean a line allowing the compressed gas to circulate from the compressed gas storage means to an outlet via expansion stages in series.
  • Each expansion stage comprises pipes and an expansion means (a turbine for example, the turbine being able to be coupled to an electric generator, also called an alternator, to generate electricity), the pipes being configured to circulate the compressed gas leaving the compressed gas storage means (for the first expansion stage) or the preceding expansion stage, into at least one of the means for storing and recovering the heat of the compression stages so as to reheat the compressed gas before it passes through the expansion means associated with this expansion stage.
  • Heating the compressed gas before each expansion means makes it possible to optimize the yield of the expansion phase.
  • gas reheating is possible by recovering the heat stored during compression and therefore does not require an additional source of energy.
  • the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located in the first floor of relaxation.
  • This first means of heat exchange (a tube/shell, spiral or plate heat exchanger, for example, in indirect contact between the fluid arriving cold and the fluid arriving hot so as to avoid any exchange between the cold gas leaving the gas storage means and the hot gas leaving the expansion means) is configured to preheat the compressed gas leaving the compressed gas storage means, before it passes through the heat storage and heat recovery means in which the gas circulates compressed from the first stage of relaxation.
  • the compressed gas leaving the first expansion means and passing through the first heat exchange means comes out cooled before being sent to the next expansion stage (the second expansion stage) of the expansion line.
  • reheating the gas with the gas leaving the first expansion stage rather than sending the gas leaving the first expansion stage directly to the second expansion stage makes it possible to improve the recovery performance of energy of the system and to reduce the dimensions of the means of storage and heat recovery.
  • the gas may be air. This may be air taken from the ambient environment. Alternatively, it may include other gases.
  • the liquid can be water. This may include moisture present in the gas, especially when the gas is air. Alternatively, it may include other liquids.
  • the first heat exchange means is separate from the heat storage and recovery means or means so as to improve the heating performance of the compressed gas upstream of the turbine.
  • the compressed gas can flow through a different heat storage and recovery means coming from a different compression stage at the instead of circulating in a heat storage and recovery means which would be used in at least two different expansion stages.
  • the pressures and temperatures of each heat storage and recovery means are adapted both to each expansion stage and to each compression stage.
  • the compressed gas storage medium can be an artificial storage such as a cylindrical reservoir or a natural cavity such as a salt cavern, an old mine or an aquifer.
  • the successive terms such as “first”, “second”, “third”, “previous”, “next”, “last”, “upstream” and “downstream” are understood to mean the direction of circulation compressed gas in the expansion or compression lines.
  • the first expansion stage is the expansion stage in which the compressed gas passes first after the compressed gas storage means.
  • the heat storage and recovery means may comprise heat storage particles, for example it may be a reservoir containing a fixed bed of heat storage particles.
  • the hot gas leaving a compression means can heat the heat storage particles by direct exchange between the compressed gas and the heat storage particles, which can for example be concrete balls, stones, gravels, phase change materials.
  • the compressed gas can then be passed through the heat storage and recovery means.
  • the heat stored in the heat storage particles reheats the compressed gas before it is expanded in the expansion medium.
  • the use of heat storage and recovery means with heat storage particles makes it possible to avoid the use of tube/calender, spiral or plate type heat exchangers which require the circulation of a fluid. coolant and in addition at least one tank to store the heat. Therefore, the system of the invention can have a reduced size and cost. In addition, energy losses are reduced also given the absence of necessary pipes between a heat exchanger and a heat storage tank.
  • the compression line can comprise as many compression stages as the expansion line comprises expansion stages, each means for storing and recovering the heat of a compression stage being able to be used in the expansion stage at the corresponding pressure.
  • corresponding pressure we do not mean an absolute pressure but that of the floor concerned.
  • the number of compression stages and the number of expansion stages can be identical.
  • the first compression stage is a so-called “low pressure” stage
  • the second compression stage is a so-called “medium pressure” stage
  • the last stage is a so-called “high pressure” stage.
  • the expansion line then comprises a first “high pressure” expansion stage, a second “medium pressure” expansion stage and a third “low pressure” expansion stage.
  • the terms “high pressure”, “medium pressure” and “low pressure” are relatively understood between the different stages of the compression line and the expansion line.
  • the heat storage and recovery means used for the third stage of compression (“high pressure”) is used to heat the compressed gas of the first stage of expansion (“high pressure").
  • the heat storage and recovery means used for the second compression stage (“medium pressure”) is used to heat the compressed gas of the second expansion stage (“medium pressure”) and the heat storage and recovery means used for the first stage of compression (“low pressure”) is used to heat the compressed gas of the third stage of expansion (“low pressure”).
  • This configuration is advantageous because the pressure and temperature of each compression stage substantially corresponds to the pressure and temperature of each expansion stage, which further improves system performance.
  • the expansion line and the compression line can each comprise three stages. This configuration improves compression and rebound performance while limiting cost.
  • each compression stage can include cooling means downstream of the heat storage and recovery means.
  • the cooling means serves to further cool the compressed gas before it enters the next compression stage or the gas storage means so as to further improve the compression of the next stage gas and/or to reduce the design constraints of the compressed gas storage means.
  • the cooling means can comprise an air cooler. A dry cooler allows the compressed gas to be cooled only with ambient outside air. Therefore, it is a simple cooling means to implement and inexpensive.
  • the cooling means may be a tube/shell, plate and/or spiral heat exchanger so as to exchange heat between the compressed gas and a heat transfer fluid which may be water, propane , butane for example.
  • a heat transfer fluid which may be water, propane , butane for example.
  • each compression stage may comprise separation means for separating the compressed gas from a liquid phase before the compressed gas reaches the following compression stage or the storage means. of compressed gas. Indeed, when the heat of the compressed gas is recovered in the heat storage and recovery means or in the cooling means, the compressed gas is cooled and in fact, condensation can occur. This may in particular be the case when the gas is air taken from the ambient environment; it can then contain water vapour. This water vapor can then condense and the liquid phase produced is likely to cause damage to the compression stages or to the means of compressed gas storage (by corrosion for example).
  • each compression stage may include a liquid storage means for storing the liquid phase at the pressure of the compression stage. Thus, each liquid phase recovered in each compression stage can be stored at the pressure of each compression stage, this phase being able to be injected into the expansion phase at the closest corresponding pressure.
  • each expansion stage may comprise a mixing means for injecting and mixing with the compressed gas the liquid phase exiting from one of the means for storing liquid resulting from the condensation at the level of the compression stages before the first exchange means heat (for the first expansion stage) or before the heat storage and recovery means (for expansion stages other than the first expansion stage).
  • a mixing means for injecting and mixing with the compressed gas the liquid phase exiting from one of the means for storing liquid resulting from the condensation at the level of the compression stages before the first exchange means heat (for the first expansion stage) or before the heat storage and recovery means (for expansion stages other than the first expansion stage).
  • the mixing means can be positioned upstream of the first heat exchange means on the first expansion stage and/or upstream of the storage means and heat recovery on the other expansion stages. Therefore, the injection of liquid is carried out before the gas/liquid mixture is heated in the heat storage and recovery means and/or in the first heat exchange means. Thus, the mixture can be vaporized before it enters the expansion means so as to avoid the risk of damage.
  • the expansion line may comprise a heat recovery line for circulating the expanded gas at the outlet of the last expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a second heat exchange means (a tube/shell, spiral or plate heat exchanger, for example) located on the second expansion stage, upstream of the heat storage and recovery means of the second expansion stage.
  • This heat recovery line makes it possible to recover the waste heat at the output of the expansion line. Waste heat is heat that would normally be lost.
  • the idea of the heat recovery line is on the contrary to use this heat to heat the compressed gas leaving the first heat exchange means, at the inlet of the second expansion stage.
  • the heat of the gas leaving the expansion line is used to heat the gas entering the second expansion stage, which makes it possible to reduce the dimensions of the means for storing and recovering the heat from the second expansion stage, which is the heat storage and recovery means that has the highest pressure stresses after that of the first expansion stage. This reduces the cost of the system.
  • the waste heat could alternatively be used to reheat the gas entering another expansion stage, but less efficiently.
  • the second heat exchange means is separate from the first heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to maximize the recovery of thermal energy and to avoid heat losses and to reduce the size and therefore the cost of each of these pieces of equipment.
  • the cooling means is separate from the first heat exchange means, the second heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to improve the thermal performance.
  • the invention also relates to a process for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
  • a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least a compression means; preferably, the gas is compressed in several stages so that each compression has a good yield.
  • the heat of the compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; this heat recovery makes it possible to improve the efficiency of energy storage.
  • the cooled compressed gas is stored in at least one compressed gas storage means with the aim of recovering it when the need for energy arises.
  • the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line comprising at least two expansion stages, and in each expansion stage, the compressed gas is heated by causing it to circulate in one of the means for storing and recovering the heat thanks to the heat stored during the compression step, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means.
  • the multiplication of expansion stages (and steps) improves the overall efficiency of the expansion line.
  • reheating the gas using the means of storing and recovering the heat of the compression stages makes it possible to improve the efficiency of the system while avoiding any additional source of energy to reheat the gas.
  • the heat of at least a portion of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream of the heat storage and recovery means.
  • this solution makes it possible to reduce the size of the means for storing and recovering the heat of the first expansion stage, and therefore its cost.
  • the gas may be air. This may be air taken from the ambient environment. Alternatively, it may include other gases.
  • the liquid can be water. This may include moisture present in the gas, especially when the gas is air. Alternatively, it may include other liquids.
  • each of the steps b) can be used to heat the compressed gas from the expansion step to pressure corresponding.
  • each means of storing and recovering the heat of a compression stage is particularly suitable for heating an expansion stage.
  • heat recovery in the expansion line is optimized.
  • heat can be recovered from the compressed gas by heat storage particles.
  • the use of heat storage particles makes it easy to store heat and recover it by avoiding the use of indirect contact heat exchanger involving the use of a heat transfer fluid to store the heat and to recover it. at least one storage tank of said fluid.
  • the system is simpler and generates less heat loss.
  • This solution makes it possible to do away with heat exchangers which require a heat transfer fluid and at least one storage tank to store the heat.
  • the compressed gas after each heat recovery step, can be cooled at the outlet of the heat storage and recovery means in a cooling means before the gas is sent to the next compression stage or in the compressed gas storage means.
  • the temperature of the compressed gas at the inlet of the next compression stage is close to the optimum operating temperature of the compression means of this stage.
  • cooling means is separate from the first and second heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to optimize the thermal performance.
  • the compressed gas can be separated from a liquid phase that it contains in a separation means (a separator for example), before the compressed gas is sent to the stage next compression or in the compressed gas storage means.
  • a separation means a separator for example
  • the gas when the gas is air taken from the ambient medium, it may contain water vapour. When the compressed gas is cooled, condensation may occur and may damage the next compression means or the compressed gas storage means. A separation means can then recover the liquid phase so that only a gaseous phase is sent to the next compression stage or to the compressed gas storage means.
  • the liquid exiting each separation means can be stored at the pressure in which it is in a liquid storage means. Thus, the liquid can be reused on the expansion line.
  • each expansion stage the liquid stored in a liquid storage means can be injected, and it can be mixed with the compressed gas, before each heating stage.
  • the flow rate of the gas passing through the expansion means is increased, which makes it possible to increase the performance of the expansion means.
  • each liquid storage means being at a determined pressure and temperature, each expansion stage can advantageously use one of the liquid storage means of a compression stage.
  • Figure 1 illustrates, schematically and without limitation, a first embodiment of the system according to the invention.
  • the energy storage and recovery system comprises a compression line 1 and an expansion line 2 as well as a compressed gas storage tank 500.
  • Compression line 1 comprises two successive compression stages 3, each compression stage 3 comprising compression means 100, 101 and heat storage and recovery means 200, 201.
  • the first compression stage comprises a compressor 100 and a heat storage and recovery means 200
  • the second compression stage comprises a compressor 101 and a heat storage and recovery means 201 .
  • the heat storage and recovery means 200 and 201 are storage tanks comprising a fixed bed of heat storage particles.
  • the gas exiting compressed and hot from the compressors 100 or 101 passes through the heat storage particle storage tanks 200 and 201, respectively, where the heat of the compressed gas is transmitted by direct contact to the heat storage particles.
  • the gas that emerges from the storage tanks of the heat storage particles 200 and 201 is colder than it entered, and the heat-storage particles have picked up the heat.
  • the gas is stored in the compressed gas storage tank 500 (also called compressed gas storage means).
  • the compressed gas from the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2.
  • the expansion line comprises two successive expansion stages 4.
  • Each expansion stage 4 comprises at least one expansion means 300, 301 and passage through a heat storage particle storage tank used in the compression stages 3.
  • the first expansion stage comprises a first heat exchange means 400, here a plate type heat exchanger.
  • the compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500 passes into the first heat exchange means 400 where it is reheated with the gas leaving the expansion means 300 of the first expansion stage.
  • the heated compressed gas exiting the first heat exchange means 400 then passes into the heat storage particle storage tank 201 of the second compression stage where it is once again reheated.
  • the compressed gas passes through an expansion means 300 such as a turbine where the energy can be recovered.
  • the turbine can be coupled to a generator to produce electricity.
  • the turbine can drive mechanical equipment for example by a belt, a chain or a transmission system.
  • the gas leaving the expansion means 300 instead of being sent directly to the second expansion stage (towards the storage particle storage tank 200 then from the expansion means 301), is sent to the first heat exchange means 400 for reheating the gas leaving the compressed gas storage tank 500.
  • the gas which leaves the first expansion stage and which enters the first heat exchange means 400 leaves it cooled and enters the storage tank for the particles of the heat storage 200 of the second stage of expansion (and used in the first compression stage) where it is then heated before passing into the expansion means 301 of the second stage of expansion.
  • a heat exchange means which cools it makes it possible to improve the energy recovery performance of the relaxation phase.
  • FIG. 2 illustrates, schematically and without limitation, a second embodiment of the system according to the invention.
  • the energy storage and recovery system comprises a compression line 1 and an expansion line 2 as well as a compressed gas storage tank 500.
  • the compression line 1 comprises three successive compression stages 3, each compression stage 3 comprising compression means 100, 101, 102 and heat storage and recovery means 200, 201, 202.
  • the first stage compression comprises a compressor 100 and a heat storage and recovery means 200;
  • the second compression stage comprises a compressor 101 and a heat storage and recovery means 201;
  • the third compression stage includes a compressor 102 and a heat storage and recovery means 202.
  • the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 are heat storage particle storage tanks.
  • the gas which exits compressed and hot from the compressors 100, 101 or 102 respectively passes through the storage tanks of heat storage particles 200, 201 and 202 where the heat of the compressed gas is transmitted by direct contact to the fixed bed of the particles. heat storage.
  • the gas that comes out of the storage tanks of the heat storage particles 200, 201 and 202 is colder than it entered and the heat storage particles have recovered the heat.
  • the gas On leaving the third compression stage, the gas is stored in the compressed gas storage tank 500.
  • the compressed gas from the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2.
  • the expansion line 2 comprises three successive expansion stages 4.
  • Each expansion stage 4 comprises at least one expansion means 300, 301, 302 and the passage through a storage tank for heat storage particles used in the compression stages 3.
  • the first expansion stage comprises a first heat exchange means 400, here a plate-type heat exchanger.
  • the compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500 passes into the first heat exchange means 400 where it is reheated with the gas leaving the expansion means 300 of the first expansion stage.
  • the heated compressed gas exiting the first heat exchange means 400 then passes into the heat storage particle storage tank 202 where it is again reheated.
  • the compressed gas passes through an expansion means 300 such as a turbine where the energy can be recovered.
  • the turbine can be coupled to a generator to produce electricity.
  • the turbine can drive mechanical equipment for example by a belt, a chain or a transmission system.
  • the gas leaving the expansion means 300 instead of being sent directly to the second expansion stage (towards the storage particle storage tank 201 then from the expansion means 301), is sent to the first heat exchange means 400 for reheating the gas leaving the compressed gas storage tank 500.
  • the gas which leaves the first expansion stage and which enters the first heat exchange means 400 leaves it cooled and enters the storage tank for the particles of the heat storage 201 of the second stage of expansion where it is then heated before passing into the means of expansion 301 of the second stage of expansion.
  • the gas leaving the second expansion stage enters the third expansion stage. It is then reheated in the heat storage particle storage tank 200 and then it is expanded in the expansion means 302 of the third expansion stage. The gas leaving the expansion means 302 is then rejected. For example, if the gas is air, it can be released to the atmosphere.
  • Figure 3 illustrates, schematically and without limitation, a third embodiment of a system of the invention.
  • FIG. 3 is a variant of that of FIG. 2.
  • the references identical to those of FIG. 2 correspond to the same elements and will therefore not be described in more detail.
  • FIG. 3 differs from Figure 2 in that an additional energy harvesting line is implemented. Indeed, at the outlet of the expansion means 302 of the last expansion stage (the third expansion stage), a pipe is put in place to supply the gas leaving the expansion means 302 to a second heat exchange means 401, a plate heat exchanger, for example, to heat the gas leaving the first heat exchange means 400, at the exit of the first expansion stage. Therefore, the gas leaving the first expansion stage cooled by the first heat exchange means 400 is reheated by the waste heat before entering the second expansion stage.
  • This configuration is particularly advantageous because it makes it possible to recover a quantity of energy, in the form of heat, which would normally be lost, as in the case of figure 2.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and without limitation, a fourth embodiment of a system according to the invention. The elements with the same reference as in the previous diagrams correspond to the same elements and will therefore not be described in detail here.
  • the system of FIG. 4 comprises a compression line 1 with three compression stages 3 in series.
  • Each of these compression stages 3 comprises a compression means 100, 101, 102 such as a compressor or a pump, followed by a heat storage and recovery means 200, 201 and 202 comprising a fixed bed of particles of heat storage such as, stones, gravel, concrete balls or phase change materials which can easily store heat at a lower cost.
  • the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 is followed by a cooling means 600, 601, 602 so as to cool the gas as much as possible before it enters the the next compression stage.
  • each of the cooling means comprises an air cooler which makes it possible to easily cool the compressed gas from the ambient air in a simple and inexpensive way.
  • each compression stage 3 comprises a separator S1, S2 and S3 after each cooling means 600, 601 and 602.
  • the gas when the gas is air taken from the ambient medium, it generally comprises steam of water that can condense.
  • the cooling of the compressed air in the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 then in the cooling means 600, 601 and 602 entails a risk of condensation of the water contained in the compressed air. entered the compression line 1. This condensation can damage the equipment, in particular the compression means 100, 101, 102 and the compressed gas storage means.
  • Using a separator makes it possible to protect each sensitive piece of equipment from the risks of the presence of water and therefore to increase the life of this equipment.
  • each separator S1, S2, S3 is connected to a liquid storage means 700, 701 and 702, these liquid storage means possibly being liquid storage tanks adapted to the pressure and temperature of the outgoing liquid. of each separator S1, S2 and S3.
  • the liquid from each separator is stored at a different pressure and temperature, which would not be the case if the liquid were sent to a single liquid tank common to all the separators.
  • the compressed gas (compressed air for example) is stored in a compressed gas storage tank 500.
  • the compressed air stored in the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2 which comprises three expansion stages 4.
  • Each expansion stage comprises mixing means M1, M2 or M3, heat storage and recovery means 200, 201, 202, and expansion means 302, 301, 300.
  • the stored liquid in one of the liquid storage tanks 700, 701, 702 arrives at a mixing means M1, M2, M3 to be mixed with the compressed gas entering the considered expansion stage.
  • the gas/liquid mixture is then heated using the heat storage and recovery means 200, 201, 202.
  • the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 of the expansion line 2 are those used with the same references in the compression line 1 but the representation does not show it so as not to make the diagram unnecessarily heavy.
  • the gas/liquid mixture then passes through the expansion means 300, 301 or 302 allowing energy recovery.
  • the compressed gas is hot enough to be able to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500.
  • the compressed gas leaving the first expansion means 300 is directed towards a first heat exchange means 400 positioned between the mixing means M3 and the heat storage and recovery means 202.
  • the colder gas leaving this heat exchange means is then sent to the second expansion stage .
  • this embodiment advantageously comprises as many compression stages 3 as expansion stages 4.
  • the compression means 100, 101 and 102 can be qualified respectively as “low pressure”, “medium pressure” and “high pressure”.
  • the expansion means 302, 301 and 300 can be qualified respectively as “low pressure”, “medium pressure” and “high pressure” expansion means.
  • the pressure of each compression stage 3 (high pressure, medium pressure and low pressure) is substantially the same as that in the corresponding expansion stage.
  • the use of the heat storage and recovery means of each high pressure 202, medium pressure 201 and low pressure 200 compression stage is advantageously used on the corresponding expansion stage, the pressures and temperatures being close and thus allowing optimization of heat storage and recovery by heat storage particles.
  • FIG. 5 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, a fifth embodiment of the invention, which is a variant of the embodiment of Figure 4.
  • Figure 5 differs from Figure 4 by adding an energy (heat) recovery line.
  • the gas leaving the expansion means 302 of the last expansion stage is hot enough to heat the compressed gas entering the second stage.
  • the gas leaving the expansion means 302 is sent to a second heat exchange means 401 making it possible to heat the compressed gas, mixed with the liquid.
  • the second heat exchange means is positioned between the mixing means M2 and the heat storage and recovery means 201. This arrangement makes it possible to recover part of the waste heat which would be lost in the solution of figure 4.
  • an external air flow at a pressure of 1.02 bar (0.102 MPa) and a temperature of 27° C. and having a humidity of 14.6 grams of water per kilogram of air, is compressed by a low pressure compressor 100 from which it emerges at a temperature of 255°C and a pressure of 6 bar (0.6 MPa).
  • This flow is sent to a low-pressure heat storage and recovery means 200 which cools the air to a temperature of 90° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the gas flow tablet is cooled again by the cooling means 600 until it reaches a temperature of 50° C. at the outlet.
  • the flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 200 and/or 600.
  • This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S1 operating at the flow pressure of the first compression stage 3.
  • the flow again completely gaseous, is compressed by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges 16 at a temperature of 275° C. and a pressure of 28 bar (2.8 MPa).
  • the compressed gas is sent to a medium pressure heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 100° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the compressed gas is cooled again by a cooling means 601 until it reaches a temperature of 50° C. at the outlet.
  • the flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 201 and/or 601.
  • This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S2 operating at the pressure of the flow in the second compression stage 3.
  • the flow leaving the separator S2, again totally gaseous, is compressed by a high pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 250° C. and a pressure of 117 bar (11.7 MPa).
  • the compressed gas is sent to a high pressure heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 45°C and stores this thermal energy until expansion phase 2.
  • the compressed gas is cooled again by a cooling means 602 until it reaches a temperature of 30° C.
  • the flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 202 and/or 602. This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S3 operating at flow pressure.
  • the compressed air flow at a pressure of 117 bar (11.7 MPa) and a temperature of 30° C. is then sent to the compressed air storage means 500 while waiting for the energy recovery phase 2.
  • the flow of compressed air at a pressure of 117 bar (11.7 MPa) and a temperature of 30° C., leaving the compressed air storage means 500 is heated in the means heat storage and recovery unit 202 which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 240°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the high-pressure turbine 300 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 28 bar (2.8 MPa) and a temperature of 85°C.
  • the compressed gas is reheated in the medium pressure heat storage and recovery means 201 which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 265°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the medium-pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 5 bar (0.5 MPa) and a temperature of 75°C.
  • the stream is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 which releases the heat stored during compression phase 1 until the stream reaches a temperature of 245°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 1.02 bar (0.102 MPa) and a temperature of 80°C.
  • the efficiency of the energy storage method of Figure 6 (not in accordance with the invention) is 69.6% for a power consumption of 100 MW at the compressors.
  • the total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 t/h.
  • the thermal storage power is 87 MW and the necessary cooling power is 20.5 MW.
  • This flow is sent to a heat storage and recovery means 200 which comprises heat storage particles and which cools the air to a temperature of 85°C.
  • the heat extracted from the compressed gas is then stored until the expansion phase 2.
  • the flow of compressed air leaving the heat storage and recovery means 200 is cooled again by the cooling exchanger 600 until to reach a temperature of 50°C at the outlet.
  • the flow leaving the exchanger 600 is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 200 and/or in the cooling exchanger 600.
  • the condensed water is separated from the compressed air flow in a gas-liquid separator S1, operating at the pressure of the flow leaving the exchanger 600, then sent to a liquid storage means 700 under a maintained pressure of 6 bar.
  • the air leaving the gas-liquid separator S1 no longer containing any liquid phase, and therefore completely gaseous again, enters a new compression stage where it is compressed by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges at a temperature of 275 °C and a pressure of 28 bar.
  • the compressed air is then sent to a heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 45° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the air compressed can then be further cooled again by a cooling exchanger 601 .
  • the fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the heat recovery phase. heat or during the cooling phase.
  • This condensed water is separated from the compressed air stream in a gas-liquid separator S2, operating at the pressure of the stream, then sent to a liquid storage means 701 under a maintained pressure of 28 bar.
  • the air leaving the gas-liquid separator S2 again totally gaseous, is compressed in a third compression stage by a high-pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 245° C. and a pressure of 117 bar.
  • the compressed air leaving the compressor 102 is sent to a heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 75° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the flow of compressed air is then cooled again by an exchanger 602 until it reaches a temperature of 30° C. at the outlet, 30° C.
  • the fluid leaving the exchanger 602 is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 202 and/ or in the cooling exchanger 602.
  • This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S3, operating at the pressure of the flow of compressed gas, then sent to a liquid storage means 702 under a pressure maintained at 117 bar.
  • the flow of compressed air leaving the gas-liquid separator S3 at a pressure of 117 bar and a temperature of 30° C. is then sent to the compressed gas storage means 500 while waiting for the destocking phase in the expansion line 2 .
  • a flow of condensed water coming from the high pressure liquid storage means 702 at a pressure of 117 bar and a temperature of 30° C. is reinjected into the flow of compressed air leaving storage 500 via mixer M3 to form an air/water mixture.
  • This mixture is preheated in a heat exchanger 400 in order to reach a temperature of 70° C. at the outlet.
  • the mixture is then reheated in the heat storage and recovery means 202 used in the last compression stage which releases the heat stored during the compression phase 1 until the mixture reaches a temperature of 235°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the high pressure turbine 300 of the first expansion stage producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 28 bar and a temperature of 80°C.
  • the compressed gas leaving the turbine 300 is then used in the heat exchanger 400 to preheat the mixture, its temperature being higher than the temperature of the compressed gas stored in the compressed gas storage means 500.
  • the compressed gas recovered at the outlet of the turbine 300 comes out of the exchanger 400 having given up its heat and reaching a temperature of 35°C.
  • a flow of condensed water coming from the medium pressure liquid storage means 701 (the one used for the second compression stage) at a pressure of 28 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of cooled outgoing compressed air. of the exchanger 400 via the mixer M2 to form a second air/water mixture.
  • This second mixture is heated in the storage means and medium pressure heat recovery 201 (the one used in the second compression stage) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the second mixture reaches a temperature of 265°C.
  • This mixture is expanded in the medium pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until a pressure of 5 bar and a temperature of 75°C are reached at the outlet.
  • a flow of condensed water coming from the liquid storage means 700 at a pressure of 6 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of compressed air leaving the turbine 301 and entering the third and last stage of expansion via mixer M1 to form a third air/water mixture.
  • This mixture is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 (the one used in the first compression stage) which releases the heat stored during the compression phase 1 until the third mixture reaches a temperature of 245°C.
  • This mixture is then expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until a pressure of 1.02 bar and a temperature of 80°C are reached at the outlet.
  • the efficiency of this method and energy storage system according to one embodiment of the invention is 70.8% for a power consumption of 100.0 MW in the compression phase, while the efficiency of the solution of FIG. 6 of the prior art is 69.6%, which makes it possible to increase the yield by more than 1%.
  • the total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 tonnes per hour.
  • the thermal storage power is 93.4 MW and the cooling power required is 14.1 MW, which makes it possible to reduce the cooling power by about 30% compared to the solution of Figure 6 of the prior art.
  • This configuration also makes it possible to reduce the size of the high pressure heat storage and recovery means 202 by 24% compared to the solution of FIG. 6 of the prior art.
  • a flow of air taken from the ambient medium, at a pressure of 1.02 bar and a temperature of 27° C. and with a humidity of 14.6 grams of water per kilogram of air is compressed by a low pressure compressor 100 from which it emerges at a temperature of 255°C and a pressure of 6 bar.
  • the compressed air is sent to a heat storage and recovery means 200 which cools the air to a temperature of 80° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the compressed air is cooled again by a 600 heat exchanger until it reaches a temperature of 50°C at the outlet.
  • the fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 200 and/or the cooling exchanger 600.
  • This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S1, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 700 under a maintained pressure of 6 bar.
  • the air emerging from the separator S1, again totally gaseous, is compressed in a second compression stage by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges at a temperature of 275° C. and a pressure of 28 bar.
  • the compressed air is sent to a medium-pressure heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 75° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the flow is cooled again in an exchanger 601 to reach a temperature of 50° C. at the outlet.
  • the fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 201 and/or the cooling exchanger 601
  • This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S2, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 701 under a maintained pressure of 28 bar.
  • the gas leaving the separator S2, again totally gaseous, is compressed in a third compression stage by a high pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 250° C. and a pressure of 117 bar.
  • the compressed gas is then sent to a heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 85° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2.
  • the compressed gas is cooled again by an exchanger 602 until reaching a temperature of 30° C. at the outlet, 30° C. being the air storage temperature.
  • the fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 202 and/or in the cooling exchanger 602. This condensed water is separated from the compressed gas in a gas-liquid separator S3, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 702 under a maintained pressure of 117 bar.
  • the compressed air flow at a pressure of 117 bar and a temperature of 30°C is then sent to the compressed gas storage means 500 while waiting for the expansion phase 2.
  • a flow of condensed water from the high pressure liquid storage means 702 (the one used for the third compression stage) at a pressure of 117 bar and a temperature of 30 °C is reinjected into the flow of compressed air leaving the compressed gas storage means 500 via the mixer M3 to form a first air/water mixture.
  • This mixture is preheated in a heat exchanger 400 in order to reach a temperature of 73° C. at the outlet.
  • the mixture is then reheated in the high pressure heat storage and recovery means 202 (the one used in the third stage of compression) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the flow of compressed gas reaches a temperature of 240°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the high-pressure turbine 300 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 28 bar and a temperature of 85°C.
  • This flow leaving the turbine 300 is then used in the heat exchanger 400 to preheat the flow of compressed gas leaving the compressed gas storage means 500.
  • the compressed gas leaving the cooled heat exchanger 400 emerges at a temperature of 35°C before entering a second stage of relaxation.
  • a stream of condensed water coming from the medium pressure liquid storage means 701 (the one used in the second compression stage) at a pressure of 28 bar and a temperature of 50°C is reinjected into the compressed air stream via the mixer M2 to form a second air/water mixture.
  • This mixture is preheated in the heat exchanger 401 until it reaches an outlet temperature of 65° C. before being reheated in the medium pressure heat storage and recovery means 201 (the one used in the second compression stage ) which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 260°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the medium-pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 5 bar and a temperature of 70°C.
  • a flow of condensed water coming from the low pressure liquid storage means 700 (the one used in the first compression stage) at a pressure of 6 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of compressed air entering the the third expansion stage via mixer M1 to form a third air/water mixture.
  • This mixture is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 (the one used in the first compression stage) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the flow reaches a temperature 245°C.
  • This flow of hot, compressed air is expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 1.02 bar and a temperature of 85°C.
  • the air leaving the last turbine 302 of the expansion line is then sent to the heat exchanger 401 in order to heat the flow of second mixture in the second expansion stage. At the outlet of the heat exchanger 401, the compressed air comes out cooled to a temperature of 40°C.
  • the efficiency of the energy storage process is 70.2% for a power consumption of 100.0 MW at the compressors, which makes it possible to increase the efficiency by 0.3% compared to the solution of FIG. 6 of the prior art .
  • the total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 tons per hour.
  • the thermal storage power is 86.6 MW and the cooling power required is 21.0 MW.
  • This configuration makes it possible to reduce the size of the means of storage and recovery of high pressure heat 202 by 23% compared to the technical solution of Figure 6 of the prior art. It also allows a reduction in the size of the medium pressure heat storage and recovery means 201 by 24% compared to the technical solution of FIG. 4 of the invention.

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Abstract

The present invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system comprising: - a gas compression line (1) with a compression stage (3) comprising a compression means (100, 101, 102) and a means for storing and recovering the heat (200, 201, 202) downstream of the compression means (100, 101, 102), - a means for storing compressed gas (500), - an expansion line (2) comprising at least two consecutive expansion stages (4), each expansion stage (4) comprising pipes and an expansion means (300, 301, 302), the pipes being configured to circulate the compressed gas through at least one of the means for storing and recovering the heat (200, 201, 202) from the compression stages (3). In addition, the expansion line (1) comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage through a first heat exchange means (400) located in the first expansion stage in order to reheat the gas before it passes through the expansion means (300) of the first expansion stage (4). The invention also relates to a method for storing and recovering energy.

Description

PROCEDE DE STOCKAGE ET DE RECUPERATION D’ENERGIE AVEC OPTIMISATIONENERGY STORAGE AND RECOVERY PROCESS WITH OPTIMIZATION
THERMIQUE A LA DETENTE THERMAL RELAXATION
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne le domaine technique du stockage et de la récupération d’énergie par gaz comprimé, notamment d’air comprimé. The present invention relates to the technical field of the storage and recovery of energy by compressed gas, in particular compressed air.
Alors que les objectifs énergétiques mondiaux visent à favoriser les énergies renouvelables afin d’augmenter progressivement la proportion des énergies renouvelables dans le mix énergétique, le caractère variable et intermittent de ces énergies renouvelables demeure leur inconvénient majeur. Pour répondre à cette problématique, le stockage d’énergie apparait comme une solution très avantageuse. En stockant le surplus d’énergie produit au pic de production afin d’en disposer lorsque celle-ci devient inférieure à la demande, le stockage permet de s’affranchir de la contrainte de variabilité et apporte une flexibilité, voire une continuité, aux énergies renouvelables. Ainsi, le besoin en procédé et en système de stockage d’énergie devrait s’accroître dans les prochaines années, avec la proportion des énergies renouvelables dans le mix mondial. While global energy goals aim to favor renewable energies in order to gradually increase the proportion of renewable energies in the energy mix, the variable and intermittent nature of these renewable energies remains their major drawback. To address this problem, energy storage appears to be a very advantageous solution. By storing the surplus energy produced at the peak of production in order to have it available when it falls below demand, storage makes it possible to overcome the constraint of variability and brings flexibility, even continuity, to the energies renewable. Thus, the need for processes and energy storage systems should increase in the coming years, with the proportion of renewable energies in the global mix.
De nombreuses technologies de stockage existent à l’heure actuelle comme les stockages de type mécanique tels que les Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP) utilisant l’hydroélectricité produite par deux réservoirs d’eau situés à différentes altitudes. En phase de stockage d’électricité, l’eau du réservoir inférieur est pompée vers le réservoir supérieur et stockée à cette altitude. Lorsque la demande en électricité augmente, l’eau du réservoir supérieur est renvoyée vers le réservoir inférieur en passant par une turbine hydraulique qui va alors générer, via un alternateur, de l’électricité. Les barrages hydroélectriques fonctionnent également sur le même concept : le barrage retient l’eau à une altitude plus importante en amont qu’en aval et lorsque la demande en électricité augmente, le barrage libère l’eau en la faisant passer par des turboalternateurs hydrauliques produisant l’électricité. Many storage technologies currently exist, such as mechanical type storage such as Pumping Energy Transfer Stations (STEP) using hydroelectricity produced by two water reservoirs located at different altitudes. In the electricity storage phase, water from the lower reservoir is pumped to the upper reservoir and stored at this altitude. When the demand for electricity increases, the water from the upper reservoir is sent back to the lower reservoir via a hydraulic turbine which will then generate electricity via an alternator. Hydroelectric dams also work on the same concept: the dam retains water at a higher altitude upstream than downstream and when the demand for electricity increases, the dam releases the water by passing it through hydraulic turbine generators producing electricity.
Des technologies de type électrochimique peuvent être également utilisées pour le stockage d’énergie telles que les batteries lithium-ion, plomb-acide ou encore nickel-cadmium, ou bien des batteries à circulation par exemple utilisant des électrolytes. Electrochemical type technologies can also be used for energy storage such as lithium-ion, lead-acid or even nickel-cadmium batteries, or circulation batteries for example using electrolytes.
Le stockage et la récupération d’énergie par air comprimé, connu sous le nom de CAES (de l’anglais « Compressed Air Energy Storage ») est une technologie pour laquelle une première installation a été construite en Allemagne fin des années 1970, d’une puissance de 290 MW. Le principe de cette technologie est d’utiliser l’électricité produite et non consommée pour comprimer un gaz, typiquement, de l’air. Afin d’éviter tout dommage sur les compresseurs, la chaleur résultant de la compression est évacuée entre chaque étage. L’air comprimé à moyenne ou haute pression (40 bar à 300 bar) est envoyé dans un stockage de type naturel tel qu’une cavité saline, une mine (sel, calcaire, charbon) ou encore dans un stockage artificiel en attendant la phase de décharge de l’énergie. Lors de la phase de production d’électricité, l’air stocké est extrait du stockage afin d’être détendu dans des turboalternateurs. Compressed air energy storage and recovery, known as CAES (Compressed Air Energy Storage), is a technology for which a first installation was built in Germany in the late 1970s. a power of 290 MW. The principle of this technology is to use the electricity produced and not consumed to compress a gas, typically air. In order to avoid any damage to the compressors, the heat resulting from the compression is evacuated between each stage. The air compressed at medium or high pressure (40 bar to 300 bar) is sent to a natural type storage such as a salt cave, a mine (salt, limestone, coal) or even to an artificial storage while awaiting the discharge phase of energy. During the electricity production phase, the stored air is extracted from the storage in order to be expanded in turboalternators.
Une variante de la technologie CAES est le procédé adiabatique, également appelé AACAES (de l’anglais « Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage »). La différence principale avec le CAES est que la chaleur résultant de la compression n’est plus seulement évacuée entre chaque étage, c’est-à-dire perdue, mais stockée afin de pouvoir réchauffer l’air en amont des turbines en phase de récupération d’énergie. Grâce à cette réutilisation de l’énergie thermique interne au procédé, le rendement de l’AACAES peut atteindre environ 70% au lieu d’environ 50% pour le procédé CAES. Le refroidissement de l’air en phase de compression peut se faire dans un échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur chaud sera alors stocké afin de pouvoir céder sa chaleur à l’air lors de la phase de détente. A variant of CAES technology is the adiabatic process, also called AACAES (from the English "Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage"). The main difference with CAES is that the heat resulting from the compression is no longer just evacuated between each stage, i.e. lost, but stored in order to be able to heat the air upstream of the turbines in the recovery phase. of energy. Thanks to this reuse of the thermal energy internal to the process, the yield of the ACAES can reach around 70% instead of around 50% for the CAES process. The cooling of the air in the compression phase can be done in a heat exchanger with a heat transfer fluid. The hot heat transfer fluid will then be stored in order to be able to transfer its heat to the air during the expansion phase.
Technique antérieure Prior technique
Une première solution pour limiter l’endommagement des compresseurs est d’extraire l’eau de la ligne de compression, au moyen d’un séparateur gaz/liquide prévu à chaque étage de compression. La figure 6 de l’art antérieur illustre, schématiquement sous la forme de schéma bloc, un tel système et procédé AACAES. Sur cette figure, sont représentées la phase de stockage d’énergie par compression d’un gaz, et la phase de production d’énergie par détente d’un gaz. Le système selon l’art antérieur se compose d’une ligne de compression 1 , incluant un ou plusieurs étages de compression 3 en fonction de la pression de l’air à atteindre ainsi que des recommandations des fournisseurs. Dans le mode de réalisation illustré, la ligne de compression 1 comprend trois étages de compression 3. Chaque étage de compression 3 comporte un moyen de compression 100, 101 , 102, appelé également compresseur. Le compresseur 100 est un compresseur basse pression, le compresseur 101 est un compresseur moyenne pression, et le compresseur 102 est un compresseur haute pression. Le gaz utilisé dans le procédé illustré est de l’air ambiant, contenant une saturation en eau liée à sa température et sa pression. Durant la phase de stockage d’énergie, l’air est comprimé dans la ligne de compression 1 puis envoyé dans un moyen de stockage d’air comprimé 500 adapté aux hautes pressions. Des moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 , 202 sont disposés après chaque compresseur 100, 101 , 102 de chaque étage de compression 3 afin de refroidir l’air comprimé chaud en sortie de compression tout en stockant cette énergie thermique. Le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 est adapté à la basse pression, le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 est adapté à la moyenne pression et le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202 est adapté à la haute pression. Des moyens de refroidissement 600, 601 , 602 peuvent être disposés à la suite des moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 , 202 si nécessaire afin de finir le refroidissement de l’air comprimé avant le prochain étage de compression ou avant son stockage. Une fois l’air refroidi et avant l’étage de compression suivant, l’eau condensée, issue de l’humidité de l’air, est extraite du flux de compression d’air par des séparateurs gaz- liquide S1 , S2, S3 afin d’avoir en entrée de compresseur un air sans aucune trace d’eau liquide. Cette condensation de l’eau peut avoir lieu dans les moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 , 202 et/ou dans les moyens de refroidissement 600, 601 , 602. Durant la phase de production d’énergie, l’air comprimé est détendu via une ou plusieurs turbines 300, 301 , 302 ou étage de détente, selon les recommandations des fournisseurs, afin de produire de l’électricité via des alternateurs, non représentés sur le schéma. La turbine 302 est une turbine basse pression, la turbine 301 est une turbine moyenne pression et la turbine 300 est une turbine haute pression. Pour ce système et ce procédé, l’eau condensée est juste extraite, l’énergie associée est donc perdue. A first solution to limit the damage to the compressors is to extract the water from the compression line, by means of a gas/liquid separator provided at each compression stage. Figure 6 of the prior art illustrates, schematically in block diagram form, such an AACAES system and method. This figure shows the phase of energy storage by compression of a gas, and the phase of energy production by expansion of a gas. The system according to the prior art consists of a compression line 1, including one or more compression stages 3 depending on the air pressure to be achieved as well as the recommendations of the suppliers. In the illustrated embodiment, the compression line 1 comprises three compression stages 3. Each compression stage 3 comprises a compression means 100, 101, 102, also called a compressor. Compressor 100 is a low pressure compressor, compressor 101 is a medium pressure compressor, and compressor 102 is a high pressure compressor. The gas used in the process illustrated is ambient air, containing a water saturation linked to its temperature and its pressure. During the energy storage phase, the air is compressed in the compression line 1 then sent to a compressed air storage means 500 adapted to high pressures. Heat storage and recovery means 200, 201, 202 are arranged after each compressor 100, 101, 102 of each compression stage 3 in order to cool the hot compressed air at the compression outlet while storing this thermal energy. the heat storage and recovery means 200 is suitable for low pressure, heat storage and recovery means 201 is suitable for medium pressure and heat storage and recovery means 202 is suitable for high pressure. Cooling means 600, 601, 602 can be arranged after the heat storage and recovery means 200, 201, 202 if necessary in order to finish cooling the compressed air before the next compression stage or before its storage. Once the air has cooled and before the next compression stage, the condensed water, resulting from the humidity of the air, is extracted from the air compression flow by gas-liquid separators S1, S2, S3 in order to have air entering the compressor without any trace of liquid water. This water condensation can take place in the heat storage and recovery means 200, 201, 202 and/or in the cooling means 600, 601, 602. During the energy production phase, the compressed air is expanded via one or more turbines 300, 301, 302 or expansion stage, according to the suppliers' recommendations, in order to produce electricity via alternators, not shown in the diagram. Turbine 302 is a low pressure turbine, turbine 301 is a medium pressure turbine and turbine 300 is a high pressure turbine. For this system and this process, the condensed water is just extracted, the associated energy is therefore lost.
La demande de brevet WO2016/079485 concerne un système de stockage et de récupération d’énergie dans lequel la chaleur fatale en sortie de la dernière turbine est utilisée pour réchauffer l’air en amont de la première turbine. Ce système laisse néanmoins une quantité d’énergie perdue en sortie de l’échangeur de chaleur destiné à réchauffer l’air en amont de la première turbine. Patent application WO2016/079485 concerns an energy storage and recovery system in which the waste heat at the outlet of the last turbine is used to heat the air upstream of the first turbine. This system nevertheless leaves a quantity of energy lost at the outlet of the heat exchanger intended to heat the air upstream of the first turbine.
Le but de l’invention est d’améliorer les performances de stockage et de récupération d’énergie d’un système par air comprimé. The aim of the invention is to improve the energy storage and recovery performance of a compressed air system.
Ce but est atteint par un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant : This goal is achieved by a compressed gas energy storage and recovery system comprising:
- une ligne de compression de gaz avec au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant un moyen de compression et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur en aval, dans le sens de circulation du gaz, du moyen de compression, - a gas compression line with at least one compression stage, each compression stage comprising a compression means and a heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of the compression means ,
- un moyen de stockage de gaz comprimé situé en sortie de la ligne de compression de gaz pour stocker le gaz comprimé, - a compressed gas storage means located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas,
- une ligne de détente pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé, la ligne de détente comprenant au moins deux étages de détente successifs, chaque étage de détente comprenant des conduites et un moyen de détente, les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur d’un étage de compression de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente. De plus, la ligne de détente comprend au moins un moyen de circulation pour faire circuler le gaz détendu sortant du premier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un premier moyen d’échange de chaleur situé sur le premier étage de détente, le premier moyen d’échange de chaleur étant conçu pour réchauffer le gaz au préalable du passage du gaz comprimé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur dans lequel circule le gaz comprimé du premier étage de détente et avant que le gaz comprimé ne soit envoyé vers l’étage de détente suivant de la ligne de détente. De manière surprenante, en utilisant le gaz sortant du premier étage de détente pour réchauffer le gaz en amont de cet étage avant de diriger ce gaz vers le deuxième étage de détente, les performances de récupération d’énergie sont accrues. - an expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means, the expansion line comprising at least two successive expansion stages, each expansion stage comprising pipes and an expansion means, the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the means of storage and recovery of heat from a compression stage so as to heat the compressed gas before the expansion means. In addition, the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located on the first expansion stage, the first heat exchange means being designed to heat the gas prior to the passage of the compressed gas into the heat storage and recovery means in which the compressed gas of the first expansion stage circulates and before the compressed gas is sent to the next expansion stage of the expansion line. Surprisingly, by using the gas leaving the first expansion stage to heat the gas upstream of this stage before directing this gas to the second expansion stage, the energy recovery performance is increased.
L’invention concerne aussi un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant au moins les étapes suivantes : The invention also relates to a process for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
- En phase de stockage d’énergie : a) on comprime au moins une fois un gaz dans une ligne de compression comprenant au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant au moins un moyen de compression ; b) après chaque étape de compression, on récupère la chaleur du gaz comprimé dans au moins un moyen de stockage et de récupération de la chaleur ; c) on stocke le gaz comprimé refroidi dans un moyen de stockage de gaz comprimé. - In the energy storage phase: a) a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least one compression means; b) after each compression step, the heat of the compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; c) the cooled compressed gas is stored in a compressed gas storage means.
- En phase de récupération d’énergie : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans une ligne de détente d’au moins deux étages de détente, et dans chaque étage de détente, on réchauffe le gaz comprimé grâce à la chaleur stockée lors de l’étape de compression en le faisant circuler dans un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur puis on détend le gaz comprimé réchauffé dans un moyen de détente ; et on utilise la chaleur d’au moins une partie du gaz détendu en sortie du moyen de détente du premier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans un premier moyen d’échange de chaleur positionné en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur. - In the energy recovery phase: d) the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line of at least two expansion stages, and in each expansion stage, the gas is heated compressed using the heat stored during the compression step by causing it to circulate in one of the heat storage and recovery means, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means; and the heat of at least part of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream means of heat storage and recovery.
Résumé de l’invention Summary of the invention
L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant : - une ligne de compression de gaz avec au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant un moyen de compression et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur en aval, dans le sens de circulation du gaz, dudit moyen de compression, The invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system comprising: - a gas compression line with at least one compression stage, each compression stage comprising compression means and heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of said compression means ,
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé situé en sortie de la ligne de compression de gaz pour stocker le gaz comprimé, - at least one compressed gas storage means located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas,
- une ligne de détente pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé, la ligne de détente comprenant au moins deux étages de détente successifs, chaque étage de détente comprenant des conduites et un moyen de détente, les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur des étages de compression de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente. De plus, la ligne de détente comprend au moins un moyen de circulation pour faire circuler le gaz détendu sortant du premier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un premier moyen d’échange de chaleur situé dan le premier étage de détente, le premier moyen d’échange de chaleur étant conçu pour réchauffer le gaz au préalable du passage du gaz comprimé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur dans lequel circule le gaz comprimé du premier étage de détente et avant que le gaz comprimé refroidi ne soit envoyé vers l’étage de détente suivant de la ligne de détente. - an expansion line for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means, the expansion line comprising at least two successive expansion stages, each expansion stage comprising pipes and an expansion means, the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the means for storing and recovering the heat of the compression stages so as to heat the compressed gas before the expansion means. In addition, the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located in the first expansion stage, the first heat exchange means being designed to heat the gas before the compressed gas passes through the heat storage and recovery means in which the compressed gas of the first expansion stage circulates and before the cooled compressed gas is sent to the next expansion stage of the expansion line.
De préférence, ledit moyen de stockage et de récupération de la chaleur comprend des particules de stockage de la chaleur. Preferably, said heat storage and recovery means comprises heat storage particles.
Avantageusement, ladite ligne de compression comprend autant d’étages de compression que la ligne de détente comprend d’étages de détente, chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur d’un étage de compression étant utilisé dans l’étage de détente à la pression correspondante. Advantageously, said compression line comprises as many compression stages as the expansion line comprises expansion stages, each heat storage and recovery means of a compression stage being used in the expansion stage at the corresponding pressure.
Selon un mode de réalisation préféré, la ligne de détente et la ligne de compression comprennent chacune trois étages. According to a preferred embodiment, the expansion line and the compression line each comprise three stages.
Selon une mise en oeuvre de l’invention, au moins un étage de compression comprend un moyen de refroidissement en aval du moyen de stockage et de récupération de chaleur, de préférence, ledit moyen de refroidissement comprenant un aéro-réfrigérant. According to one implementation of the invention, at least one compression stage comprises cooling means downstream of the heat storage and recovery means, preferably, said cooling means comprising an air cooler.
Selon un mode de réalisation de l’invention, au moins un étage de compression comprend un moyen de séparation pour séparer le gaz comprimé d’une phase liquide avant que le gaz comprimé n’atteigne l’étage de compression suivant ou le moyen de stockage de gaz comprimé, chaque étage de compression comprenant un moyen de stockage de liquide pour stocker ladite phase liquide à la pression de l’étage de compression. According to one embodiment of the invention, at least one compression stage comprises separation means for separating the compressed gas from a liquid phase before the compressed gas reaches the next compression stage or the storage means of compressed gas, each compression stage comprising a liquid storage means for storing said liquid phase at the pressure of the compression stage.
De préférence, au moins un étage de détente comprend un moyen de mélange pour mélanger audit gaz comprimé ladite phase liquide sortant d’un des moyens de stockage de liquide des étages de compression avant ledit premier moyen d’échange de chaleur et/ou avant le moyen de stockage et de récupération de chaleur. Preferably, at least one expansion stage comprises a mixing means for mixing with said compressed gas said liquid phase exiting from one of the means for storing liquid from the compression stages before said first heat exchange means and/or before the heat storage and recovery means.
Selon une configuration avantageuse de l’invention, ledit moyen de mélange est positionné en amont dudit premier moyen d’échange de chaleur sur le premier étage de détente et en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur sur les autres étages de détente. According to an advantageous configuration of the invention, said mixing means is positioned upstream of said first heat exchange means on the first expansion stage and upstream of the heat storage and recovery means on the other expansion stages.
Avantageusement, la ligne de détente comprend une ligne de récupération de chaleur pour faire circuler le gaz détendu en sortie du dernier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un deuxième moyen d’échange de chaleur situé sur le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur du deuxième étage de détente. Advantageously, the expansion line comprises a heat recovery line for causing the expanded gas to circulate at the outlet of the last expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a second heat exchange means located on the second expansion stage, upstream of the second expansion stage heat storage and recovery means.
En outre, l’invention concerne un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant au moins les étapes suivantes : In addition, the invention relates to a method for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
- En phase de stockage d’énergie : a) on comprime au moins une fois un gaz dans une ligne de compression comprenant au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant au moins un moyen de compression ; b) après chaque étape de compression, on récupère la chaleur dudit gaz comprimé dans au moins un moyen de stockage et de récupération de la chaleur ; c) on stocke le gaz comprimé refroidi dans un moyen de stockage de gaz comprimé. - In the energy storage phase: a) a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least one compression means; b) after each compression step, the heat of said compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; c) the cooled compressed gas is stored in a compressed gas storage means.
- En phase de récupération d’énergie : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans une ligne de détente d’au moins deux étages de détente, et dans chaque étage de détente, on réchauffe le gaz comprimé en le faisant circuler dans un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur grâce à la chaleur stockée lors de l’étape de compression puis on détend le gaz comprimé réchauffé dans un moyen de détente ; de plus, on utilise la chaleur d’au moins une partie du gaz détendu en sortie du moyen de détente du premier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans un premier moyen d’échange de chaleur positionné en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur. - In the energy recovery phase: d) the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line of at least two expansion stages, and in each expansion stage, the gas is heated compressed by causing it to circulate in one of the means for storing and recovering the heat thanks to the heat stored during the compression step, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means; moreover, the heat of at least part of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream of the heat storage and recovery means.
De préférence, on réalise autant d’étapes de compression que d’étapes de détente, et on utilise le moyen de stockage et de récupération de la chaleur de chacune des étapes b) pour réchauffer le gaz comprimé de l’étape de détente à la pression correspondante. Preferably, as many compression steps as expansion steps are carried out, and the heat storage and recovery means of each of the steps b) are used to heat the compressed gas from the expansion step to the corresponding pressure.
Avantageusement, on récupère la chaleur du gaz comprimé par des particules de stockage de la chaleur. Selon un mode de réalisation de l’invention, après chaque étape de récupération de la chaleur, on refroidit le gaz comprimé en sortie du moyen de stockage et de récupération de la chaleur dans un moyen de refroidissement avant que le gaz ne soit envoyé dans l’étape de compression suivante ou dans le moyen de stockage de gaz comprimé. Advantageously, the heat of the compressed gas is recovered by heat storage particles. According to one embodiment of the invention, after each heat recovery step, the compressed gas at the outlet of the heat storage and recovery means is cooled in a cooling means before the gas is sent to the next compression stage or in the compressed gas storage means.
Préférentiellement, on récupère la chaleur du gaz détendu en sortie du dernier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé entrant dans le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du deuxième étage de détente. Preferably, the heat is recovered from the expanded gas at the outlet of the last expansion stage to heat the compressed gas entering the second expansion stage, upstream of the means for storing and recovering the heat from the second expansion stage.
Selon une configuration de l’invention, on sépare le gaz comprimé d’une phase liquide qu’il contient dans un moyen de séparation, avant que le gaz comprimé ne soit envoyé dans l’étage de compression suivant ou dans le moyen de stockage du gaz comprimé, le liquide sortant de chaque moyen de séparation étant stocké à la pression dans laquelle il se trouve dans un moyen de stockage de liquide. According to one configuration of the invention, the compressed gas is separated from a liquid phase that it contains in a separation means, before the compressed gas is sent to the next compression stage or to the storage means of the compressed gas, the liquid leaving each separation means being stored at the pressure in which it is in a liquid storage means.
Selon une mise en oeuvre préférée de l’invention, dans chaque étage de détente, on injecte le liquide stocké d’un moyen de stockage de liquide, et on le mélange au gaz comprimé, avant chaque étape de réchauffage. According to a preferred implementation of the invention, in each expansion stage, the liquid stored in a liquid storage means is injected, and it is mixed with the compressed gas, before each heating stage.
Liste des figures List of Figures
D'autres caractéristiques et avantages du système et/ou du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. Other characteristics and advantages of the system and/or of the method according to the invention will appear on reading the following description of non-limiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation de l’invention. Figure 1 shows a first embodiment of the invention.
La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l’invention. Figure 2 shows a second embodiment of the invention.
La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de l’invention. Figure 3 shows a third embodiment of the invention.
La figure 4 représente un quatrième mode de réalisation de l’invention. Figure 4 shows a fourth embodiment of the invention.
La figure 5 représente un cinquième mode de réalisation de l’invention. Figure 5 shows a fifth embodiment of the invention.
La figure 6 illustre un système de stockage et de récupération de chaleur selon l’art antérieur. Figure 6 illustrates a heat storage and recovery system according to the prior art.
Description des modes de réalisation Description of embodiments
La présente invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé. Il comprend notamment : The present invention relates to a compressed gas energy storage and recovery system. It includes in particular:
- une ligne de compression de gaz avec au moins un étage de compression, la compression du gaz permettant de stocker de l’énergie, cette énergie pouvant être récupérée aisément ultérieurement par exemple en faisant passer le gaz comprimé dans une turbine. Une ligne de compression est une ligne permettant de faire circuler le gaz depuis une entrée jusqu’à au moins un moyen de stockage du gaz comprimé. De ce fait, la ligne de compression peut comprendre plusieurs étages de compression montés en série (étages de compression successifs). Chaque étage de compression comprend un moyen de compression (une pompe ou un compresseur par exemple) et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur en aval, dans le sens de circulation du gaz, du moyen de compression. Par exemple, les compresseurs peuvent être des compresseurs axiaux ou centrifuges. - a gas compression line with at least one compression stage, the compression of the gas making it possible to store energy, this energy being able to be recovered easily subsequently, for example by passing the compressed gas through a turbine. A compression line is a line allowing the gas to circulate from an inlet to at least one compressed gas storage means. Therefore, the compression line can comprise several compression stages mounted in series (successive compression stages). Each compression stage comprises a compression means (a pump or a compressor for example) and a heat storage and recovery means downstream, in the direction of gas circulation, of the compression means. For example, the compressors can be axial or centrifugal compressors.
De ce fait, dans chaque étage de compression, on peut comprimer le gaz puis on peut récupérer la chaleur induite par la compression du gaz de manière à améliorer les performances de récupération d’énergie du système. De plus, l’utilisation d’un moyen de stockage et de récupération de la chaleur après chaque moyen de compression permet de refroidir le gaz comprimé avant chaque étage de compression suivant, permettant d’assurer l’intégrité du moyen de compression suivant en évitant une détérioration possible de celui-ci en cas de température trop élevée et d’améliorer le rendement de la phase de compression. De plus, cela permet de stocker la chaleur induite par chaque étage de compression, à une température dépendante de chaque moyen de compression. Chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur est adapté à la pression de chaque étage de compression sur lequel il est installé. As a result, in each compression stage, the gas can be compressed and then the heat induced by the compression of the gas can be recovered in order to improve the energy recovery performance of the system. In addition, the use of a heat storage and recovery means after each compression means makes it possible to cool the compressed gas before each following compression stage, making it possible to ensure the integrity of the following compression means by avoiding possible deterioration of the latter in the event of too high a temperature and to improve the yield of the compression phase. In addition, this makes it possible to store the heat induced by each compression stage, at a temperature dependent on each compression means. Each heat storage and recovery means is adapted to the pressure of each compression stage on which it is installed.
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (un réservoir de stockage par exemple) situé en sortie de la ligne de compression de gaz pour stocker le gaz comprimé, en attente d’un besoin énergétique ultérieure. - at least one compressed gas storage means (a storage tank for example) located at the outlet of the gas compression line to store the compressed gas, awaiting a subsequent energy need.
- une ligne de détente pour détendre le gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé. La ligne de détente comprend au moins deux étages de détente successifs, c’est-à-dire montés en série. On entend par « ligne de détente » une ligne permettant de faire circuler le gaz comprimé depuis le moyen de stockage de gaz comprimé vers une sortie en passant par des étages de détente en série. Chaque étage de détente comprend des conduites et un moyen de détente (une turbine par exemple, la turbine pouvant être couplée à une génératrice électrique, aussi appelé alternateur, pour générer de l’électricité), les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (pour le premier étage de détente) ou de l’étage de détente précédent, dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur des étages de compression de manière à réchauffer le gaz comprimé avant son passage dans le moyen de détente associé à cet étage de détente. Réchauffer le gaz comprimé avant chaque moyen de détente permet d’optimiser le rendement de la phase de détente. De plus, en utilisant un moyen de stockage et de récupération de chaleur utilisé sur la ligne de compression, le réchauffage du gaz est possible par la récupération de la chaleur stockée à la compression et ne nécessite donc pas de source d’énergie supplémentaire. - an expansion line for expanding the compressed gas stored in the compressed gas storage means. The expansion line comprises at least two successive expansion stages, that is to say connected in series. “Expansion line” is understood to mean a line allowing the compressed gas to circulate from the compressed gas storage means to an outlet via expansion stages in series. Each expansion stage comprises pipes and an expansion means (a turbine for example, the turbine being able to be coupled to an electric generator, also called an alternator, to generate electricity), the pipes being configured to circulate the compressed gas leaving the compressed gas storage means (for the first expansion stage) or the preceding expansion stage, into at least one of the means for storing and recovering the heat of the compression stages so as to reheat the compressed gas before it passes through the expansion means associated with this expansion stage. Heating the compressed gas before each expansion means makes it possible to optimize the yield of the expansion phase. In addition, by using a means of heat storage and recovery used on the line of compression, gas reheating is possible by recovering the heat stored during compression and therefore does not require an additional source of energy.
De plus, la ligne de détente comprend au moins un moyen de circulation pour faire circuler le gaz détendu sortant du premier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un premier moyen d’échange de chaleur situé dans le premier étage de détente. Ce premier moyen d’échange de chaleur (un échangeur de chaleur à tubes/calandres, spiralés ou à plaques par exemple, à contact indirect entre le fluide arrivant froid et le fluide arrivant chaud de manière à éviter tout échange entre le gaz froid sortant du moyen de stockage de gaz et le gaz chaud sortant du moyen de détente) est configuré pour préchauffer le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé, avant son passage dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur dans lequel circule le gaz comprimé du premier étage de détente. Le gaz comprimé sortant du premier moyen de détente et passant dans le premier moyen d’échange de chaleur ressort refroidi avant d’être envoyé vers l’étage de détente suivant (le deuxième étage de détente) de la ligne de détente. Utiliser la chaleur du gaz en sortie du premier étage de détente pour réchauffer le gaz le plus frais en sortie du moyen de stockage de compression permet de diminuer les dimensions du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du premier étage de détente, qui est le moyen de stockage et de récupération de la chaleur qui possède les contraintes de pression les plus élevées, par conséquent, il s’agit du moyen de stockage et de récupération de la chaleur le plus onéreux. In addition, the expansion line comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a first heat exchange means located in the first floor of relaxation. This first means of heat exchange (a tube/shell, spiral or plate heat exchanger, for example, in indirect contact between the fluid arriving cold and the fluid arriving hot so as to avoid any exchange between the cold gas leaving the gas storage means and the hot gas leaving the expansion means) is configured to preheat the compressed gas leaving the compressed gas storage means, before it passes through the heat storage and heat recovery means in which the gas circulates compressed from the first stage of relaxation. The compressed gas leaving the first expansion means and passing through the first heat exchange means comes out cooled before being sent to the next expansion stage (the second expansion stage) of the expansion line. Using the heat of the gas at the outlet of the first expansion stage to heat the coolest gas at the outlet of the compression storage means makes it possible to reduce the dimensions of the means for storing and recovering the heat of the first expansion stage, which is the heat storage and recovery medium that has the highest pressure stresses, therefore, it is the most expensive heat storage and recovery medium.
De plus, de manière surprenante, réchauffer le gaz avec le gaz en sortie du premier étage de détente plutôt que d’envoyer le gaz sortant du premier étage de détente directement vers le deuxième étage de détente permet d’améliorer les performances de récupération d’énergie du système et de diminuer les dimensions du moyen de stockage et de récupération de la chaleur. In addition, surprisingly, reheating the gas with the gas leaving the first expansion stage rather than sending the gas leaving the first expansion stage directly to the second expansion stage makes it possible to improve the recovery performance of energy of the system and to reduce the dimensions of the means of storage and heat recovery.
Conformément à un mode de réalisation de l’invention, le gaz peut être de l’air. Il peut s’agir de l’air prélevé dans le milieu ambiant. En variante, il peut comporter d’autres gaz. According to one embodiment of the invention, the gas may be air. This may be air taken from the ambient environment. Alternatively, it may include other gases.
Selon un aspect de l’invention, le liquide peut être de l’eau. Il peut s’agir notamment de l’humidité présente dans le gaz, en particulier quand le gaz est de l’air. En variante, il peut comporter d’autres liquides. According to one aspect of the invention, the liquid can be water. This may include moisture present in the gas, especially when the gas is air. Alternatively, it may include other liquids.
Le premier moyen d’échange de chaleur est distinct du ou des moyens de stockage et de récupération de la chaleur de manière à améliorer les performances de réchauffage du gaz comprimé en amont de la turbine. The first heat exchange means is separate from the heat storage and recovery means or means so as to improve the heating performance of the compressed gas upstream of the turbine.
De préférence, à chaque étage de détente, le gaz comprimé peut circuler dans un moyen de stockage et de récupération de chaleur différent issu d’un étage de compression différent au lieu de circuler dans un moyen de stockage et de récupération de chaleur qui servirait dans au moins deux étages de détente différents. En effet, de ce fait, les pressions et températures de chaque moyen de stockage et de récupération de chaleur sont adaptées à la fois à chaque étage de détente et à chaque étage de compression. Preferably, at each expansion stage, the compressed gas can flow through a different heat storage and recovery means coming from a different compression stage at the instead of circulating in a heat storage and recovery means which would be used in at least two different expansion stages. Indeed, as a result, the pressures and temperatures of each heat storage and recovery means are adapted both to each expansion stage and to each compression stage.
Le moyen de stockage de gaz comprimé peut être un stockage artificiel comme un réservoir cylindrique ou une cavité naturelle telle qu’une cavité saline, une ancienne mine ou un aquifère. The compressed gas storage medium can be an artificial storage such as a cylindrical reservoir or a natural cavity such as a salt cavern, an old mine or an aquifer.
Dans le sens de l’invention, les termes successifs comme « premier », « deuxième », « troisième », « précédent », « suivant », « dernier » « amont » et « aval » s’entendent dans le sens de circulation du gaz comprimé dans les lignes de détente ou de compression. Ainsi, le premier étage de détente est l’étage de détente dans lequel le gaz comprimé passe en premier après le moyen de stockage de gaz comprimé. In the sense of the invention, the successive terms such as "first", "second", "third", "previous", "next", "last", "upstream" and "downstream" are understood to mean the direction of circulation compressed gas in the expansion or compression lines. Thus, the first expansion stage is the expansion stage in which the compressed gas passes first after the compressed gas storage means.
De préférence, le moyen de stockage et de récupération de la chaleur peut comprendre des particules de stockage de la chaleur, par exemple il peut s’agir d’un réservoir renfermant un lit fixe de particules de stockage de chaleur. Ainsi, le gaz chaud sortant d’un moyen de compression peut réchauffer les particules de stockage de la chaleur par échange direct entre le gaz comprimé et les particules de stockage de la chaleur, qui peuvent par exemple être des billes de béton, des pierres, des graviers, des matériaux à changement de phase. En phase de récupération d’énergie, on peut alors faire passer le gaz comprimé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur. Ainsi, la chaleur stockée dans les particules de stockage de la chaleur réchauffe le gaz comprimé avant qu’il ne soit détendu dans le moyen de détente. L’utilisation de moyen de stockage et de récupération de la chaleur avec des particules de stockage de chaleur permet d’éviter l’utilisation d’échangeur de chaleur de types tubes/calandres, spiralés ou à plaques qui nécessite la circulation d’un fluide caloporteur et en sus au moins un réservoir pour stocker la chaleur. De ce fait, le système de l’invention peut avoir un encombrement et un coût réduits. De plus, les pertes énergétiques sont réduites également compte tenu de l’absence de conduites nécessaires entre un échangeur de chaleur et un réservoir de stockage de chaleur. Preferably, the heat storage and recovery means may comprise heat storage particles, for example it may be a reservoir containing a fixed bed of heat storage particles. Thus, the hot gas leaving a compression means can heat the heat storage particles by direct exchange between the compressed gas and the heat storage particles, which can for example be concrete balls, stones, gravels, phase change materials. In the energy recovery phase, the compressed gas can then be passed through the heat storage and recovery means. Thus, the heat stored in the heat storage particles reheats the compressed gas before it is expanded in the expansion medium. The use of heat storage and recovery means with heat storage particles makes it possible to avoid the use of tube/calender, spiral or plate type heat exchangers which require the circulation of a fluid. coolant and in addition at least one tank to store the heat. Therefore, the system of the invention can have a reduced size and cost. In addition, energy losses are reduced also given the absence of necessary pipes between a heat exchanger and a heat storage tank.
Selon une configuration avantageuse de l’invention, la ligne de compression peut comprendre autant d’étages de compression que la ligne de détente comprend d’étages de détente, chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur d’un étage de compression pouvant être utilisé dans l’étage de détente à la pression correspondante. Par « pression correspondante », on n’entend pas une pression absolue mais celle de l’étage concernée. En d’autres termes, le nombre d’étages de compression et le nombre d’étages de détente peuvent être identiques. Cette réalisation permet une conception « symétrique » des lignes de compression et de détente, avec notamment des pressions et des températures de fonctionnement similaires, ce qui favorise les échanges de chaleur dans les moyens de stockage et de récupération de la chaleur. Ainsi, le système et le procédé sont simplifiés. According to an advantageous configuration of the invention, the compression line can comprise as many compression stages as the expansion line comprises expansion stages, each means for storing and recovering the heat of a compression stage being able to be used in the expansion stage at the corresponding pressure. By "corresponding pressure", we do not mean an absolute pressure but that of the floor concerned. In other words, the number of compression stages and the number of expansion stages can be identical. This embodiment allows a "symmetrical" design of the compression and expansion lines, in particular with similar operating pressures and temperatures, which promotes heat exchange in the heat storage and recovery means. Thus, the system and method are simplified.
Par exemple, lorsque la ligne de compression et la ligne de détente comprennent chacune trois étages, le premier étage de compression est un étage dit « basse pression », le deuxième étage de compression est un étage dit « moyenne pression », et le dernier étage est un étage dit « haute pression ». La ligne de détente comprend alors un premier étage de détente « haute pression », un deuxième étage de détente « moyenne pression » et un troisième étage de détente « basse pression ». Les terminologies « haute pression », « moyenne pression » et « basse pression » s’entendent relativement entre les différents étages de la ligne de compression et de la ligne de détente. Ainsi, le moyen de stockage et de récupération de chaleur utilisé pour le troisième étage de compression (« haute pression ») est utilisé pour réchauffer le gaz comprimé du premier étage de détente (« haute pression »). Le moyen de stockage et de récupération de chaleur utilisé pour le deuxième étage de compression (« moyenne pression ») est utilisé pour réchauffer le gaz comprimé du deuxième étage de détente (« moyenne pression ») et le moyen de stockage et de récupération de chaleur utilisé pour le premier étage de compression (« basse pression ») est utilisé pour réchauffer le gaz comprimé du troisième étage de détente (« basse pression »). Cette configuration est avantageuse car la pression et la température de chaque étage de compression correspond sensiblement à la pression et à la température de chaque étage de détente, ce qui permet encore d’améliorer les performances du système. For example, when the compression line and the expansion line each comprise three stages, the first compression stage is a so-called “low pressure” stage, the second compression stage is a so-called “medium pressure” stage, and the last stage is a so-called “high pressure” stage. The expansion line then comprises a first “high pressure” expansion stage, a second “medium pressure” expansion stage and a third “low pressure” expansion stage. The terms “high pressure”, “medium pressure” and “low pressure” are relatively understood between the different stages of the compression line and the expansion line. Thus, the heat storage and recovery means used for the third stage of compression ("high pressure") is used to heat the compressed gas of the first stage of expansion ("high pressure"). The heat storage and recovery means used for the second compression stage ("medium pressure") is used to heat the compressed gas of the second expansion stage ("medium pressure") and the heat storage and recovery means used for the first stage of compression ("low pressure") is used to heat the compressed gas of the third stage of expansion ("low pressure"). This configuration is advantageous because the pressure and temperature of each compression stage substantially corresponds to the pressure and temperature of each expansion stage, which further improves system performance.
De manière avantageuse, la ligne de détente et la ligne de compression peuvent comprendre chacune trois étages. Cette configuration permet d’améliorer les performances de compression et de détente tout en limitant le coût. Advantageously, the expansion line and the compression line can each comprise three stages. This configuration improves compression and rebound performance while limiting cost.
Selon un mode de réalisation avantageux de l’invention, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de refroidissement en aval du moyen de stockage et de récupération de chaleur. Le moyen de refroidissement sert à refroidir encore le gaz comprimé avant qu’il n’entre dans l’étage de compression suivant ou dans le moyen de stockage de gaz de manière à améliorer encore la compression du gaz de l’étage suivant et/ou à réduire les contraintes de conception du moyen de stockage de gaz comprimé. De préférence, le moyen de refroidissement peut comprendre un aéro-réfrigérant. Un aéroréfrigérant permet de refroidir le gaz comprimé seulement avec l’air extérieur ambiant. De ce fait, il s’agit d’un moyen de refroidissement simple à mettre en oeuvre et peu coûteux. According to an advantageous embodiment of the invention, each compression stage can include cooling means downstream of the heat storage and recovery means. The cooling means serves to further cool the compressed gas before it enters the next compression stage or the gas storage means so as to further improve the compression of the next stage gas and/or to reduce the design constraints of the compressed gas storage means. Preferably, the cooling means can comprise an air cooler. A dry cooler allows the compressed gas to be cooled only with ambient outside air. Therefore, it is a simple cooling means to implement and inexpensive.
Selon une variante, le moyen de refroidissement peut être un échangeur de chaleur à tubes/calandres, à plaques et/ou spiralés de manière à échanger de la chaleur entre le gaz comprimé et un fluide caloporteur qui peut être de l’eau, du propane, du butane par exemples. Alternatively, the cooling means may be a tube/shell, plate and/or spiral heat exchanger so as to exchange heat between the compressed gas and a heat transfer fluid which may be water, propane , butane for example.
Selon une mise en oeuvre préférée de l’invention, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de séparation pour séparer le gaz comprimé d’une phase liquide avant que le gaz comprimé n’atteigne l’étage de compression suivant ou le moyen de stockage de gaz comprimé. En effet, lorsque la chaleur du gaz comprimé est récupérée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur ou dans le moyen de refroidissement, le gaz comprimé est refroidi et de fait, de la condensation peut se produire. Cela peut notamment être le cas lorsque le gaz est de l’air prélevé dans le milieu ambiant ; il peut alors contenir de la vapeur d’eau. Cette vapeur d’eau peut alors se condenser et la phase liquide produite est susceptible d’engendrer des dommages dans les étages de compression ou au moyen de stockage de gaz comprimé (par de la corrosion par exemple). De plus, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de stockage de liquide pour stocker la phase liquide à la pression de l’étage de compression. Ainsi, chaque phase liquide récupérée dans chaque étage de compression peut être stockée à la pression de chaque étage de compression, cette phase pouvant être injectée à la phase de détente à la pression la plus proche correspondante. According to a preferred implementation of the invention, each compression stage may comprise separation means for separating the compressed gas from a liquid phase before the compressed gas reaches the following compression stage or the storage means. of compressed gas. Indeed, when the heat of the compressed gas is recovered in the heat storage and recovery means or in the cooling means, the compressed gas is cooled and in fact, condensation can occur. This may in particular be the case when the gas is air taken from the ambient environment; it can then contain water vapour. This water vapor can then condense and the liquid phase produced is likely to cause damage to the compression stages or to the means of compressed gas storage (by corrosion for example). Additionally, each compression stage may include a liquid storage means for storing the liquid phase at the pressure of the compression stage. Thus, each liquid phase recovered in each compression stage can be stored at the pressure of each compression stage, this phase being able to be injected into the expansion phase at the closest corresponding pressure.
De préférence, chaque étage de détente peut comprendre un moyen de mélange pour injecter et mélanger au gaz comprimé la phase liquide sortant d’un des moyens de stockage de liquide issu de la condensation au niveau des étages de compression avant le premier moyen d’échange de chaleur (pour le premier étage de détente) ou avant le moyen de stockage et de récupération de chaleur (pour les étages de détente autres que le premier étage de détente). Ainsi, on peut injecter une phase liquide qui est vaporisée dans le premier moyen d’échange de chaleur ou le moyen de stockage et de récupération de chaleur avant chaque moyen de détente. L’ajout de la phase liquide permet d’augmenter le débit du gaz en entrée du moyen de détente (de la turbine par exemple) et ainsi d’en améliorer les performances. Preferably, each expansion stage may comprise a mixing means for injecting and mixing with the compressed gas the liquid phase exiting from one of the means for storing liquid resulting from the condensation at the level of the compression stages before the first exchange means heat (for the first expansion stage) or before the heat storage and recovery means (for expansion stages other than the first expansion stage). Thus, it is possible to inject a liquid phase which is vaporized in the first heat exchange means or the heat storage and recovery means before each expansion means. The addition of the liquid phase makes it possible to increase the gas flow at the inlet of the expansion means (of the turbine for example) and thus to improve its performance.
Avantageusement, le moyen de mélange peut être positionné en amont du premier moyen d’échange de chaleur sur le premier étage de détente et/ou en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur sur les autres étages de détente. De ce fait, l’injection de liquide est réalisée avant que le mélange gaz/liquide ne soit réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de chaleur et/ou dans le premier moyen d’échange de chaleur. Ainsi, le mélange peut être vaporisé avant son entrée dans le moyen de détente de manière à éviter les risques d’endommagement. Advantageously, the mixing means can be positioned upstream of the first heat exchange means on the first expansion stage and/or upstream of the storage means and heat recovery on the other expansion stages. Therefore, the injection of liquid is carried out before the gas/liquid mixture is heated in the heat storage and recovery means and/or in the first heat exchange means. Thus, the mixture can be vaporized before it enters the expansion means so as to avoid the risk of damage.
Selon une variante préférée de l’invention, la ligne de détente peut comprendre une ligne de récupération de chaleur pour faire circuler le gaz détendu en sortie du dernier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un deuxième moyen d’échange de chaleur (un échangeur de chaleur à tubes/calandres, spiralé ou à plaques par exemple) situé sur le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur du deuxième étage de détente. Cette ligne de récupération de chaleur permet de récupérer la chaleur fatale en sortie de la ligne de détente. La chaleur fatale est la chaleur qui serait normalement perdue. L’idée de la ligne de récupération de chaleur est au contraire d’utiliser cette chaleur pour réchauffer le gaz comprimé sortant du premier moyen d’échange de chaleur, en entrée du deuxième étage de détente. Ainsi, la chaleur du gaz en sortie de la ligne de détente est utilisée pour réchauffer le gaz entrant dans le deuxième étage de détente, ce qui permet de diminuer les dimensions du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du deuxième étage de détente, qui est le moyen de stockage et de récupération de la chaleur qui possède les contraintes de pression les plus élevées après celui du premier étage de détente. Cela permet de réduire le coût du système. La chaleur fatale pourrait alternativement être utilisée pour réchauffer le gaz entrant dans un autre étage de détente, mais de manière moins efficace. According to a preferred variant of the invention, the expansion line may comprise a heat recovery line for circulating the expanded gas at the outlet of the last expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a second heat exchange means (a tube/shell, spiral or plate heat exchanger, for example) located on the second expansion stage, upstream of the heat storage and recovery means of the second expansion stage. This heat recovery line makes it possible to recover the waste heat at the output of the expansion line. Waste heat is heat that would normally be lost. The idea of the heat recovery line is on the contrary to use this heat to heat the compressed gas leaving the first heat exchange means, at the inlet of the second expansion stage. Thus, the heat of the gas leaving the expansion line is used to heat the gas entering the second expansion stage, which makes it possible to reduce the dimensions of the means for storing and recovering the heat from the second expansion stage, which is the heat storage and recovery means that has the highest pressure stresses after that of the first expansion stage. This reduces the cost of the system. The waste heat could alternatively be used to reheat the gas entering another expansion stage, but less efficiently.
Le deuxième moyen d’échange de chaleur est distinct du premier moyen d’échange de chaleur et des moyens de stockage et de récupération de chaleur de manière à maximiser la récupération d’énergie thermique et à éviter les pertes calorifiques et à réduire la taille et donc le coût de chacun de ces équipements. The second heat exchange means is separate from the first heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to maximize the recovery of thermal energy and to avoid heat losses and to reduce the size and therefore the cost of each of these pieces of equipment.
Le moyen de refroidissement est distinct du premier moyen d’échange de chaleur, du deuxième moyen d’échange de chaleur et des moyens de stockage et de récupération de la chaleur de manière à améliorer les performances thermiques. The cooling means is separate from the first heat exchange means, the second heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to improve the thermal performance.
En outre, l’invention concerne aussi un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant au moins les étapes suivantes : In addition, the invention also relates to a process for storing and recovering energy by compressed gas comprising at least the following steps:
- En phase de stockage d’énergie : a) on comprime au moins une fois un gaz dans une ligne de compression comprenant au moins un étage de compression, chaque étage de compression comprenant au moins un moyen de compression ; de préférence, on comprime le gaz en plusieurs étapes de manière à ce que chaque compression ait un bon rendement. b) après chaque étape de compression, on récupère la chaleur du gaz comprimé dans au moins un moyen de stockage et de récupération de la chaleur; cette récupération de la chaleur permet d’améliorer le rendement du stockage d’énergie. c) on stocke le gaz comprimé refroidi dans au moins un moyen de stockage de gaz comprimé dans le but de le récupérer lorsque le besoin d’énergie se fera sentir. - In the energy storage phase: a) a gas is compressed at least once in a compression line comprising at least one compression stage, each compression stage comprising at least a compression means; preferably, the gas is compressed in several stages so that each compression has a good yield. b) after each compression stage, the heat of the compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means; this heat recovery makes it possible to improve the efficiency of energy storage. c) the cooled compressed gas is stored in at least one compressed gas storage means with the aim of recovering it when the need for energy arises.
- En phase de récupération d’énergie : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans une ligne de détente comprenant au moins deux étages de détente, et dans chaque étage de détente, on réchauffe le gaz comprimé en le faisant circuler dans un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur grâce à la chaleur stockée lors de l’étape de compression puis on détend le gaz comprimé réchauffé dans un moyen de détente. La multiplication des étages (et étapes) de détente permet d’améliorer le rendement global de la ligne de détente. De plus, réchauffer le gaz grâce aux moyens de stockage et de récupération de la chaleur des étages de compression permet d’améliorer le rendement du système tout en évitant toute source d’énergie supplémentaire pour réchauffer le gaz. - In the energy recovery phase: d) the compressed gas leaving the compressed gas storage means is circulated in an expansion line comprising at least two expansion stages, and in each expansion stage, the compressed gas is heated by causing it to circulate in one of the means for storing and recovering the heat thanks to the heat stored during the compression step, then the heated compressed gas is expanded in an expansion means. The multiplication of expansion stages (and steps) improves the overall efficiency of the expansion line. In addition, reheating the gas using the means of storing and recovering the heat of the compression stages makes it possible to improve the efficiency of the system while avoiding any additional source of energy to reheat the gas.
De plus, on utilise la chaleur d’au moins une partie du gaz détendu en sortie du moyen de détente du premier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans un premier moyen d’échange de chaleur positionné en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur. De manière surprenante, utiliser le gaz en sortie du premier étage pour réchauffer le gaz en amont au lieu d’envoyer ce gaz encore chaud dans le deuxième étage de détente, permet d’augmenter les performances globales de récupération d’énergie du procédé. In addition, the heat of at least a portion of the gas expanded at the outlet of the expansion means of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means in a first heat exchange means positioned upstream of the heat storage and recovery means. Surprisingly, using the gas at the outlet of the first stage to reheat the gas upstream instead of sending this still hot gas to the second expansion stage, makes it possible to increase the overall energy recovery performance of the process.
De plus, cette solution permet de réduire la taille du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du premier étage de détente, et donc son coût. In addition, this solution makes it possible to reduce the size of the means for storing and recovering the heat of the first expansion stage, and therefore its cost.
Conformément à un mode de réalisation de l’invention, le gaz peut être de l’air. Il peut s’agir de l’air prélevé dans le milieu ambiant. En variante, il peut comporter d’autres gaz. According to one embodiment of the invention, the gas may be air. This may be air taken from the ambient environment. Alternatively, it may include other gases.
Selon un aspect de l’invention, le liquide peut être de l’eau. Il peut s’agir notamment de l’humidité présente dans le gaz, en particulier quand le gaz est de l’air. En variante, il peut comporter d’autres liquides. According to one aspect of the invention, the liquid can be water. This may include moisture present in the gas, especially when the gas is air. Alternatively, it may include other liquids.
Avantageusement, on peut réaliser autant d’étapes de compression que d’étapes de détente, et on peut utiliser le moyen de stockage et de récupération de la chaleur de chacune des étapes b) pour réchauffer le gaz comprimé de l’étape de détente à la pression correspondante. Ainsi, chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur d’un étage de compression est particulièrement adapté pour réchauffer un étage de détente. De ce fait, la récupération de la chaleur dans la ligne de détente est optimisée. Advantageously, as many compression steps as expansion steps can be carried out, and the heat storage and recovery means of each of the steps b) can be used to heat the compressed gas from the expansion step to pressure corresponding. Thus, each means of storing and recovering the heat of a compression stage is particularly suitable for heating an expansion stage. As a result, heat recovery in the expansion line is optimized.
De manière préférée, on peut récupérer la chaleur du gaz comprimé par des particules de stockage de la chaleur. L’utilisation de particules de stockage de la chaleur permet facilement de stocker la chaleur et de la récupérer en évitant l’utilisation d’échangeur de chaleur à contact indirect faisant intervenir l’utilisation d’un fluide caloporteur permettant de stocker la chaleur et d’au moins un réservoir de stockage dudit fluide. Ainsi, le système est plus simple et génère moins de pertes de chaleur. Cette solution permet de s’affranchir des échangeurs de chaleur qui nécessite un fluide caloporteur et au moins un réservoir de stockage pour stocker la chaleur. Preferably, heat can be recovered from the compressed gas by heat storage particles. The use of heat storage particles makes it easy to store heat and recover it by avoiding the use of indirect contact heat exchanger involving the use of a heat transfer fluid to store the heat and to recover it. at least one storage tank of said fluid. Thus, the system is simpler and generates less heat loss. This solution makes it possible to do away with heat exchangers which require a heat transfer fluid and at least one storage tank to store the heat.
L’utilisation d’un lit fixe de particules de stockage de la chaleur permet d’éviter la circulation de particules de stockage qui génère des pertes de charge, nécessite une pompe spécifique et qui génère des pertes calorifiques. The use of a fixed bed of heat storage particles makes it possible to avoid the circulation of storage particles which generates pressure drops, requires a specific pump and which generates heat losses.
Selon une variante de l’invention, après chaque étape de récupération de la chaleur, on peut refroidir le gaz comprimé en sortie du moyen de stockage et de récupération de la chaleur dans un moyen de refroidissement avant que le gaz ne soit envoyé dans l’étape de compression suivante ou dans le moyen de stockage de gaz comprimé. Ainsi, la température du gaz comprimé en entrée de l’étage de compression suivant est proche de la température optimale de fonctionnement du moyen de compression de cet étage. According to a variant of the invention, after each heat recovery step, the compressed gas can be cooled at the outlet of the heat storage and recovery means in a cooling means before the gas is sent to the next compression stage or in the compressed gas storage means. Thus, the temperature of the compressed gas at the inlet of the next compression stage is close to the optimum operating temperature of the compression means of this stage.
De plus, le moyen de refroidissement est distinct des premier et deuxième moyens d’échange de chaleur et des moyens de stockage et de récupération de la chaleur de manière à optimiser les performances thermiques. In addition, the cooling means is separate from the first and second heat exchange means and the heat storage and recovery means so as to optimize the thermal performance.
Selon une configuration préférée de l’invention, on peut récupérer la chaleur du gaz détendu en sortie du dernier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé entrant dans le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du deuxième étage de détente. De ce fait, une partie de la chaleur fatale n’est plus perdue mais récupérée pour réchauffer le gaz comprimé et ainsi augmenter les capacités de récupération d’énergie de la ligne de détente. De plus, cette solution permet de réduire la taille et le coût du moyen de stockage et de récupération de la chaleur du deuxième étage de détente. Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, on peut séparer le gaz comprimé d’une phase liquide qu’il contient dans un moyen de séparation (un séparateur par exemple), avant que le gaz comprimé ne soit envoyé dans l’étage de compression suivant ou dans le moyen de stockage du gaz comprimé. En effet, lorsque le gaz est de l’air prélevé dans le milieu ambiant, il peut contenir de la vapeur d’eau. Lorsque le gaz comprimé est refroidi, de la condensation peut se produire et peut endommager les moyens de compression suivant ou le moyen de stockage de gaz comprimé. Un moyen de séparation peut alors récupérer la phase liquide de manière à ce que seule une phase gazeuse ne soit envoyée dans l’étage de compression suivant ou dans le moyen de stockage de gaz comprimé. De plus, le liquide sortant de chaque moyen de séparation peut être stocké à la pression dans laquelle il se trouve dans un moyen de stockage de liquide. Ainsi, le liquide peut être réutilisé sur la ligne de détente. According to a preferred configuration of the invention, it is possible to recover the heat from the expanded gas at the outlet of the last expansion stage to heat the compressed gas entering the second expansion stage, upstream of the means for storing and recovering the heat from the second floor of relaxation. As a result, part of the waste heat is no longer lost but recovered to heat the compressed gas and thus increase the energy recovery capacities of the expansion line. In addition, this solution makes it possible to reduce the size and the cost of the means for storing and recovering the heat of the second expansion stage. According to a particular embodiment of the invention, the compressed gas can be separated from a liquid phase that it contains in a separation means (a separator for example), before the compressed gas is sent to the stage next compression or in the compressed gas storage means. Indeed, when the gas is air taken from the ambient medium, it may contain water vapour. When the compressed gas is cooled, condensation may occur and may damage the next compression means or the compressed gas storage means. A separation means can then recover the liquid phase so that only a gaseous phase is sent to the next compression stage or to the compressed gas storage means. In addition, the liquid exiting each separation means can be stored at the pressure in which it is in a liquid storage means. Thus, the liquid can be reused on the expansion line.
De préférence, dans chaque étage de détente, on peut injecter le liquide stocké d’un moyen de stockage de liquide, et on peut le mélanger au gaz comprimé, avant chaque étape de réchauffage. Ainsi, le débit du gaz passant dans le moyen de détente est augmenté, ce qui permet d’augmenter les performances du moyen de détente. De plus, chaque moyen de stockage de liquide étant à une pression et à une température déterminées, chaque étage de détente peut avantageusement utiliser l’un des moyens de stockage de liquide d’un étage de compression. Preferably, in each expansion stage, the liquid stored in a liquid storage means can be injected, and it can be mixed with the compressed gas, before each heating stage. Thus, the flow rate of the gas passing through the expansion means is increased, which makes it possible to increase the performance of the expansion means. In addition, each liquid storage means being at a determined pressure and temperature, each expansion stage can advantageously use one of the liquid storage means of a compression stage.
La figure 1 illustre, de manière schématique et non limitative, un premier mode de réalisation du système selon l’invention. Figure 1 illustrates, schematically and without limitation, a first embodiment of the system according to the invention.
Sur cette figure, le système de stockage et de récupération d’énergie comprend une ligne de compression 1 et une ligne de détente 2 ainsi qu’un réservoir de stockage de gaz comprimé 500. In this figure, the energy storage and recovery system comprises a compression line 1 and an expansion line 2 as well as a compressed gas storage tank 500.
La ligne de compression 1 comprend deux étages de compression successifs 3, chaque étage de compression 3 comprenant un moyen de compression 100, 101 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201. Ainsi, le premier étage de compression comprend un compresseur 100 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 et le deuxième étage de compression comprend un compresseur 101 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 . Compression line 1 comprises two successive compression stages 3, each compression stage 3 comprising compression means 100, 101 and heat storage and recovery means 200, 201. Thus, the first compression stage comprises a compressor 100 and a heat storage and recovery means 200 and the second compression stage comprises a compressor 101 and a heat storage and recovery means 201 .
Les moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200 et 201 sont des réservoirs de stockage comprenant un lit fixe de particules de stockage de la chaleur. Ainsi, le gaz qui sort comprimé et chaud des compresseurs 100 ou 101 traversent respectivement les réservoirs de stockage de particules de stockage de la chaleur 200 et 201 où la chaleur du gaz comprimé est transmise par contact direct aux particules de stockage de la chaleur. Ainsi, le gaz qui ressort des réservoirs de stockage des particules de stockage de la chaleur 200 et 201 est plus froid qu’il n’y ait entré et les particules de stockage de la chaleur ont récupéré la chaleur. En sortie du deuxième étage de compression, le gaz est stocké dans le réservoir de stockage de gaz comprimé 500 (appelé aussi moyen de stockage de gaz comprimé). The heat storage and recovery means 200 and 201 are storage tanks comprising a fixed bed of heat storage particles. Thus, the gas exiting compressed and hot from the compressors 100 or 101 passes through the heat storage particle storage tanks 200 and 201, respectively, where the heat of the compressed gas is transmitted by direct contact to the heat storage particles. Thus, the gas that emerges from the storage tanks of the heat storage particles 200 and 201 is colder than it entered, and the heat-storage particles have picked up the heat. On leaving the second compression stage, the gas is stored in the compressed gas storage tank 500 (also called compressed gas storage means).
Lorsque l’on veut récupérer l’énergie précédemment stockée, le gaz comprimé du réservoir de stockage de gaz comprimé 500 est envoyé dans la ligne de détente 2. When it is desired to recover the previously stored energy, the compressed gas from the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2.
La ligne de détente comprend deux étages de détente successifs 4. Chaque étage de détente 4 comprend au moins un moyen de détente 300, 301 et le passage dans un réservoir de stockage de particules de stockage de chaleur utilisé dans les étages de compression 3. De plus, le premier étage de détente comprend un premier moyen d’échange de chaleur 400, ici un échangeur de chaleur de type à plaques. The expansion line comprises two successive expansion stages 4. Each expansion stage 4 comprises at least one expansion means 300, 301 and passage through a heat storage particle storage tank used in the compression stages 3. moreover, the first expansion stage comprises a first heat exchange means 400, here a plate type heat exchanger.
Le gaz comprimé sortant du réservoir de stockage de gaz comprimé 500 passe dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 où il est réchauffé avec le gaz sortant du moyen de détente 300 du premier étage de détente. Le gaz comprimé réchauffé sortant du premier moyen d’échange de chaleur 400 passe alors dans le réservoir de stockage de particules de stockage de chaleur 201 du deuxième étage de compression où il est une nouvelle fois réchauffé. The compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500 passes into the first heat exchange means 400 where it is reheated with the gas leaving the expansion means 300 of the first expansion stage. The heated compressed gas exiting the first heat exchange means 400 then passes into the heat storage particle storage tank 201 of the second compression stage where it is once again reheated.
Une fois suffisamment réchauffé, le gaz comprimé passe dans un moyen de détente 300 comme une turbine où l’énergie peut être récupérée. La turbine peut être couplée à une génératrice pour produire de l’électricité. Selon une variante, la turbine peut entraîner des équipements mécaniques par exemple par une courroie, une chaîne ou un système de transmission. Once sufficiently heated, the compressed gas passes through an expansion means 300 such as a turbine where the energy can be recovered. The turbine can be coupled to a generator to produce electricity. According to a variant, the turbine can drive mechanical equipment for example by a belt, a chain or a transmission system.
Comme indiqué précédemment, le gaz sortant du moyen de détente 300, au lieu d’être directement envoyé dans le deuxième étage de détente (vers le réservoir de stockage des particules de stockage 200 puis du moyen de détente 301), est envoyé dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 pour réchauffer le gaz sortant du réservoir de stockage de gaz comprimé 500. Le gaz qui sort du premier étage de détente et qui entre dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 en sort refroidi et entre dans le réservoir de stockage des particules du stockage de chaleur 200 du deuxième étage de détente (et utilisé dans le premier étage de compression) où il est alors réchauffé avant de passer dans le moyen de détente 301 du deuxième étage de détente. De manière surprenante, ne pas envoyer directement le gaz comprimé sortant du premier étage de détente vers le deuxième étage de détente et le faire passer dans un moyen d’échange de chaleur qui le refroidit permet d’améliorer les performances de récupération d’énergie de la phase de détente. As indicated above, the gas leaving the expansion means 300, instead of being sent directly to the second expansion stage (towards the storage particle storage tank 200 then from the expansion means 301), is sent to the first heat exchange means 400 for reheating the gas leaving the compressed gas storage tank 500. The gas which leaves the first expansion stage and which enters the first heat exchange means 400 leaves it cooled and enters the storage tank for the particles of the heat storage 200 of the second stage of expansion (and used in the first compression stage) where it is then heated before passing into the expansion means 301 of the second stage of expansion. Surprisingly, not directly sending the compressed gas leaving the first expansion stage to the second expansion stage and passing it through a heat exchange means which cools it makes it possible to improve the energy recovery performance of the relaxation phase.
La figure 2 illustre, de manière schématique et non limitative, un deuxième mode de réalisation du système selon l’invention. Sur cette figure, le système de stockage et de récupération d’énergie comprend une ligne de compression 1 et une ligne de détente 2 ainsi qu’un réservoir de stockage de gaz comprimé 500. Figure 2 illustrates, schematically and without limitation, a second embodiment of the system according to the invention. In this figure, the energy storage and recovery system comprises a compression line 1 and an expansion line 2 as well as a compressed gas storage tank 500.
La ligne de compression 1 comprend trois étages de compression successifs 3, chaque étage de compression 3 comprenant un moyen de compression 100, 101 , 102 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 , 202. Ainsi, le premier étage de compression comprend un compresseur 100 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 ; le deuxième étage de compression comprend un compresseur 101 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 ; le troisième étage de compression comprend un compresseur 102 et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202. The compression line 1 comprises three successive compression stages 3, each compression stage 3 comprising compression means 100, 101, 102 and heat storage and recovery means 200, 201, 202. Thus, the first stage compression comprises a compressor 100 and a heat storage and recovery means 200; the second compression stage comprises a compressor 101 and a heat storage and recovery means 201; the third compression stage includes a compressor 102 and a heat storage and recovery means 202.
Les moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 et 202 sont des réservoirs de stockage de particules de stockage de la chaleur. Ainsi, le gaz qui sort comprimé et chaud des compresseurs 100, 101 ou 102 traversent respectivement les réservoirs de stockage de particules de stockage de la chaleur 200, 201 et 202 où la chaleur du gaz comprimé est transmise par contact direct au lit fixe des particules de stockage de la chaleur. Ainsi, le gaz qui ressort des réservoirs de stockage des particules de stockage de la chaleur 200, 201 et 202 est plus froid qu’il n’y ait entré et les particules de stockage de la chaleur ont récupéré la chaleur. En sortie du troisième étage de compression, le gaz est stocké dans le réservoir de stockage de gaz comprimé 500. The heat storage and recovery means 200, 201 and 202 are heat storage particle storage tanks. Thus, the gas which exits compressed and hot from the compressors 100, 101 or 102 respectively passes through the storage tanks of heat storage particles 200, 201 and 202 where the heat of the compressed gas is transmitted by direct contact to the fixed bed of the particles. heat storage. Thus, the gas that comes out of the storage tanks of the heat storage particles 200, 201 and 202 is colder than it entered and the heat storage particles have recovered the heat. On leaving the third compression stage, the gas is stored in the compressed gas storage tank 500.
Lorsque l’on veut récupérer l’énergie précédemment stockée, le gaz comprimé du réservoir de stockage de gaz comprimé 500 est envoyé dans la ligne de détente 2. When it is desired to recover the previously stored energy, the compressed gas from the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2.
La ligne de détente 2 comprend trois étages de détente successifs 4. Chaque étage de détente 4 comprend au moins un moyen de détente 300, 301 , 302 et le passage dans un réservoir de stockage de particules de stockage de chaleur utilisé dans les étages de compression 3. De plus, le premier étage de détente comprend un premier moyen d’échange de chaleur 400, ici un échangeur de chaleur du type à plaques. The expansion line 2 comprises three successive expansion stages 4. Each expansion stage 4 comprises at least one expansion means 300, 301, 302 and the passage through a storage tank for heat storage particles used in the compression stages 3. In addition, the first expansion stage comprises a first heat exchange means 400, here a plate-type heat exchanger.
Le gaz comprimé sortant du réservoir de stockage de gaz comprimé 500 passe dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 où il est réchauffé avec le gaz sortant du moyen de détente 300 du premier étage de détente. Le gaz comprimé réchauffé sortant du premier moyen d’échange de chaleur 400 passe alors dans le réservoir de stockage de particules de stockage de chaleur 202 où il est une nouvelle fois réchauffé. The compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500 passes into the first heat exchange means 400 where it is reheated with the gas leaving the expansion means 300 of the first expansion stage. The heated compressed gas exiting the first heat exchange means 400 then passes into the heat storage particle storage tank 202 where it is again reheated.
Une fois suffisamment réchauffé, le gaz comprimé passe dans un moyen de détente 300 comme une turbine où l’énergie peut être récupérée. La turbine peut être couplée à une génératrice pour produire de l’électricité. Selon une variante, la turbine peut entraîner des équipements mécaniques par exemple par une courroie, une chaîne ou un système de transmission. Comme indiqué précédemment, le gaz sortant du moyen de détente 300, au lieu d’être directement envoyé dans le deuxième étage de détente (vers le réservoir de stockage des particules de stockage 201 puis du moyen de détente 301), est envoyé dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 pour réchauffer le gaz sortant du réservoir de stockage de gaz comprimé 500. Le gaz qui sort du premier étage de détente et qui entre dans le premier moyen d’échange de chaleur 400 en sort refroidi et entre dans le réservoir de stockage des particules du stockage de chaleur 201 du deuxième étage de détente où il est alors réchauffé avant de passer dans le moyen de détente 301 du deuxième étage de détente.Once sufficiently heated, the compressed gas passes through an expansion means 300 such as a turbine where the energy can be recovered. The turbine can be coupled to a generator to produce electricity. According to a variant, the turbine can drive mechanical equipment for example by a belt, a chain or a transmission system. As previously indicated, the gas leaving the expansion means 300, instead of being sent directly to the second expansion stage (towards the storage particle storage tank 201 then from the expansion means 301), is sent to the first heat exchange means 400 for reheating the gas leaving the compressed gas storage tank 500. The gas which leaves the first expansion stage and which enters the first heat exchange means 400 leaves it cooled and enters the storage tank for the particles of the heat storage 201 of the second stage of expansion where it is then heated before passing into the means of expansion 301 of the second stage of expansion.
Puis, le gaz sortant du deuxième étage de détente entre dans le troisième étage de détente. Il est alors réchauffé dans le réservoir de stockage des particules de stockage de chaleur 200 puis il est détendu dans le moyen de détente 302 du troisième étage de détente. Le gaz sortant du moyen de détente 302 est alors rejeté. Par exemple, si le gaz est de l’air, il peut être rejeté à l’atmosphère. Then, the gas leaving the second expansion stage enters the third expansion stage. It is then reheated in the heat storage particle storage tank 200 and then it is expanded in the expansion means 302 of the third expansion stage. The gas leaving the expansion means 302 is then rejected. For example, if the gas is air, it can be released to the atmosphere.
De manière surprenante, ne pas envoyer directement le gaz comprimé sortant du premier étage de détente vers le deuxième étage de détente et le faire passer dans un moyen d’échange de chaleur qui le refroidit permet d’améliorer les performances de récupération d’énergie de la phase de détente 2. Surprisingly, not directly sending the compressed gas leaving the first expansion stage to the second expansion stage and passing it through a heat exchange means which cools it makes it possible to improve the energy recovery performance of relaxation phase 2.
La figure 3 illustre, de manière schématique et non limitative, un troisième mode de réalisation d’un système de l’invention. Figure 3 illustrates, schematically and without limitation, a third embodiment of a system of the invention.
Le mode de réalisation de la figure 3 est une variante de celui de la figure 2. Les références identiques à celles de la figure 2 correspondent aux mêmes éléments et ne seront donc pas décrites plus en détail. The embodiment of FIG. 3 is a variant of that of FIG. 2. The references identical to those of FIG. 2 correspond to the same elements and will therefore not be described in more detail.
La figure 3 diffère de la figure 2 en ce qu’une ligne de récupération d’énergie supplémentaire est mise en place. En effet, en sortie du moyen de détente 302 du dernier étage de détente (le troisième étage de détente), une conduite est mise en place pour alimenter le gaz sortant du moyen de détente 302 vers un deuxième moyen d’échange de chaleur 401 , un échangeur de chaleur à plaques par exemple, pour réchauffer le gaz sortant du premier moyen d’échange de chaleur 400, en sortie du premier étage de détente. De ce fait, le gaz sortant du premier étage de détente refroidi par le premier moyen d’échange de chaleur 400 est réchauffé par la chaleur fatale avant d’entrer dans le deuxième étage de détente. Cette configuration est particulièrement avantageuse car elle permet de récupérer une quantité d’énergie, sous forme de chaleur, qui serait normalement perdue, comme dans le cas de la figure 2. La figure 4 illustre, de manière schématique et non limitative, un quatrième mode de réalisation d’un système selon l’invention. Les éléments de même référence que sur les schémas précédents correspondent aux mêmes éléments et ne seront donc pas décrits en détails ici. Figure 3 differs from Figure 2 in that an additional energy harvesting line is implemented. Indeed, at the outlet of the expansion means 302 of the last expansion stage (the third expansion stage), a pipe is put in place to supply the gas leaving the expansion means 302 to a second heat exchange means 401, a plate heat exchanger, for example, to heat the gas leaving the first heat exchange means 400, at the exit of the first expansion stage. Therefore, the gas leaving the first expansion stage cooled by the first heat exchange means 400 is reheated by the waste heat before entering the second expansion stage. This configuration is particularly advantageous because it makes it possible to recover a quantity of energy, in the form of heat, which would normally be lost, as in the case of figure 2. FIG. 4 illustrates, schematically and without limitation, a fourth embodiment of a system according to the invention. The elements with the same reference as in the previous diagrams correspond to the same elements and will therefore not be described in detail here.
Le système de la figure 4 comprend une ligne de compression 1 avec trois étages de compression 3 en série. Chacun de ces étages de compression 3 comprend un moyen de compression 100, 101 , 102 tel qu’un compresseur ou une pompe, suivi d’un moyen de stockage et de récupération de chaleur 200, 201 et 202 comprenant un lit fixe de particules de stockage de chaleur telles que, des pierres, des graviers, des billes de béton ou des matériaux à changement de phase qui peuvent facilement stocker la chaleur à un moindre coût. Par ailleurs, dans chaque étage de compression 3, le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 et 202 est suivi d’un moyen de refroidissement 600, 601 , 602 de manière à refroidir le gaz au maximum avant son entrée dans l’étage de compression suivant. Ici, chacun des moyens de refroidissement comprend un aéro-réfrigérant qui permet de refroidir aisément le gaz comprimé à partir de l’air ambiant de manière simple et peu onéreuse. The system of FIG. 4 comprises a compression line 1 with three compression stages 3 in series. Each of these compression stages 3 comprises a compression means 100, 101, 102 such as a compressor or a pump, followed by a heat storage and recovery means 200, 201 and 202 comprising a fixed bed of particles of heat storage such as, stones, gravel, concrete balls or phase change materials which can easily store heat at a lower cost. Furthermore, in each compression stage 3, the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 is followed by a cooling means 600, 601, 602 so as to cool the gas as much as possible before it enters the the next compression stage. Here, each of the cooling means comprises an air cooler which makes it possible to easily cool the compressed gas from the ambient air in a simple and inexpensive way.
En outre, chaque étage de compression 3 comprend un séparateur S1 , S2 et S3 après chaque moyen de refroidissement 600, 601 et 602. En effet, lorsque le gaz est de l’air prélevé dans le milieu ambiant, il comprend généralement de la vapeur d’eau qui peut se condenser. Or, le refroidissement de l’air comprimé dans les moyens de stockage et de récupération de chaleur 200, 201 et 202 puis dans les moyens de refroidissement 600, 601 et 602 entraîne un risque de condensation de l’eau contenue dans l’air comprimé entré dans la ligne de compression 1. Cette condensation peut endommager les équipements, notamment les moyens de compression 100, 101 , 102 et les moyens de stockage de gaz comprimé. Utiliser un séparateur permet de protéger chaque équipement sensible des risques de présence d’eau et donc d’augmenter la durée de vie de ces équipements. In addition, each compression stage 3 comprises a separator S1, S2 and S3 after each cooling means 600, 601 and 602. Indeed, when the gas is air taken from the ambient medium, it generally comprises steam of water that can condense. However, the cooling of the compressed air in the heat storage and recovery means 200, 201 and 202 then in the cooling means 600, 601 and 602 entails a risk of condensation of the water contained in the compressed air. entered the compression line 1. This condensation can damage the equipment, in particular the compression means 100, 101, 102 and the compressed gas storage means. Using a separator makes it possible to protect each sensitive piece of equipment from the risks of the presence of water and therefore to increase the life of this equipment.
De plus, chaque séparateur S1 , S2, S3 est connecté à un moyen de stockage de liquide 700, 701 et 702, ces moyens de stockage de liquide pouvant être des réservoirs de stockage de liquide adaptés à la pression et à la température du liquide sortant de chaque séparateur S1 , S2 et S3. Ainsi, le liquide de chaque séparateur est stocké à une pression et à une température différente, ce qui ne serait pas le cas si le liquide était envoyé vers un seul réservoir de liquide commun à tous les séparateurs. In addition, each separator S1, S2, S3 is connected to a liquid storage means 700, 701 and 702, these liquid storage means possibly being liquid storage tanks adapted to the pressure and temperature of the outgoing liquid. of each separator S1, S2 and S3. Thus, the liquid from each separator is stored at a different pressure and temperature, which would not be the case if the liquid were sent to a single liquid tank common to all the separators.
En sortie de la ligne de compression, le gaz comprimé (de l’air comprimé par exemple) est stocké dans un réservoir de stockage de gaz comprimé 500. En phase de récupération d’énergie, l’air comprimé stocké dans le réservoir de stockage de gaz comprimé 500 est envoyé dans la ligne de détente 2 qui comprend trois étages de détente 4. At the outlet of the compression line, the compressed gas (compressed air for example) is stored in a compressed gas storage tank 500. In the energy recovery phase, the compressed air stored in the compressed gas storage tank 500 is sent to the expansion line 2 which comprises three expansion stages 4.
Chaque étage de détente comprend un moyen de mélange M1 , M2 ou M3, un moyen de stockage et de récupération de chaleur 200, 201 , 202, et un moyen de détente 302, 301 , 300. Dans chaque étage de détente, le liquide stocké dans un des réservoirs de stockage de liquide 700, 701 , 702 arrive à un moyen de mélange M1 , M2, M3 pour être mélangé au gaz comprimé entrant dans l’étage de détente considéré. Une fois que le liquide est mélangé au gaz comprimé, le mélange gaz/liquide est alors réchauffé grâce au moyen de stockage et de récupération de chaleur 200, 201 , 202. Les moyens de stockage et de récupération de la chaleur 200, 201 et 202 de la ligne de détente 2 sont ceux utilisés avec les mêmes références dans la ligne de compression 1 mais la représentation ne le fait pas apparaître pour ne pas alourdir inutilement le schéma. Une fois réchauffé, le mélange gaz/liquide traverse alors le moyen de détente 300, 301 ou 302 permettant la récupération d’énergie.Each expansion stage comprises mixing means M1, M2 or M3, heat storage and recovery means 200, 201, 202, and expansion means 302, 301, 300. In each expansion stage, the stored liquid in one of the liquid storage tanks 700, 701, 702 arrives at a mixing means M1, M2, M3 to be mixed with the compressed gas entering the considered expansion stage. Once the liquid is mixed with the compressed gas, the gas/liquid mixture is then heated using the heat storage and recovery means 200, 201, 202. The heat storage and recovery means 200, 201 and 202 of the expansion line 2 are those used with the same references in the compression line 1 but the representation does not show it so as not to make the diagram unnecessarily heavy. Once heated, the gas/liquid mixture then passes through the expansion means 300, 301 or 302 allowing energy recovery.
Par ailleurs, en sortie du premier étage de détente, le gaz comprimé est suffisamment chaud pour pouvoir réchauffer le gaz comprimé sortant du réservoir de stockage de gaz comprimé 500. De ce fait, le gaz comprimé sortant du premier moyen de détente 300 est dirigé vers un premier moyen d’échange de chaleur 400 positionné entre le moyen de mélange M3 et le moyen de stockage et de récupération de chaleur 202. Le gaz sortant plus froid de ce moyen d’échange de chaleur est alors envoyé dans le deuxième étage de détente. Furthermore, at the outlet of the first expansion stage, the compressed gas is hot enough to be able to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage tank 500. As a result, the compressed gas leaving the first expansion means 300 is directed towards a first heat exchange means 400 positioned between the mixing means M3 and the heat storage and recovery means 202. The colder gas leaving this heat exchange means is then sent to the second expansion stage .
Il convient de noter que ce mode de réalisation comporte avantageusement autant d’étages de compression 3 que d’étages de détente 4. Les moyens de compression 100, 101 et 102 peuvent être qualifiés respectivement de moyens de compression « basse pression », « moyenne pression » et « haute pression ». Les moyens de détente 302, 301 et 300 peuvent être qualifiés respectivement de moyens de détente « basse pression », « moyenne pression » et « haute pression ». De plus, la pression de chaque étage de compression 3 (haute pression, moyenne pression et basse pression) est sensiblement la même que celle dans l’étage de détente correspondant. Ainsi, l’utilisation du moyen de stockage et de récupération de chaleur de chaque étage de compression haute pression 202, moyenne pression 201 et basse pression 200 est avantageusement utilisé sur l’étage de détente correspondant, les pressions et températures étant proches et permettant ainsi une optimisation du stockage et de la récupération de chaleur par les particules de stockage de la chaleur. It should be noted that this embodiment advantageously comprises as many compression stages 3 as expansion stages 4. The compression means 100, 101 and 102 can be qualified respectively as “low pressure”, “medium pressure” and “high pressure”. The expansion means 302, 301 and 300 can be qualified respectively as “low pressure”, “medium pressure” and “high pressure” expansion means. In addition, the pressure of each compression stage 3 (high pressure, medium pressure and low pressure) is substantially the same as that in the corresponding expansion stage. Thus, the use of the heat storage and recovery means of each high pressure 202, medium pressure 201 and low pressure 200 compression stage is advantageously used on the corresponding expansion stage, the pressures and temperatures being close and thus allowing optimization of heat storage and recovery by heat storage particles.
De manière similaire, le liquide sortant de chaque moyen de stockage de liquide sortant du séparateur des étages de compression « basse pression », « moyenne pression » et « haute pression » est réinjecté dans l’étage de détente correspondant, permettant ainsi d’améliorer les performances du système. La figure 5 illustre, de manière schématique et non limitative un cinquième mode de réalisation de l’invention, qui est une variante du mode de réalisation de la figure 4. Similarly, the liquid leaving each liquid storage means leaving the separator of the "low pressure", "medium pressure" and "high pressure" compression stages is reinjected into the corresponding expansion stage, thus making it possible to improve system performance. Figure 5 illustrates, in a schematic and non-limiting manner, a fifth embodiment of the invention, which is a variant of the embodiment of Figure 4.
Les références identiques à celles de la figure 4 correspondent aux mêmes éléments et ne seront pas détaillés ici. The references identical to those of FIG. 4 correspond to the same elements and will not be detailed here.
La figure 5 diffère de la figure 4 par l’ajout d’une ligne de récupération d’énergie (de chaleur). En effet, le gaz sortant du moyen de détente 302 du dernier étage de détente est suffisamment chaud pour réchauffer le gaz comprimé entrant dans le deuxième étage. Ainsi, le gaz sortant du moyen de détente 302 est envoyé vers un deuxième moyen d’échange de chaleur 401 permettant de réchauffer le gaz comprimé, mélangé au liquide. Ainsi, sur le deuxième étage de détente, le deuxième moyen d’échange de chaleur est positionné entre le moyen de mélange M2 et le moyen de stockage et de récupération de chaleur 201. Cet arrangement permet de récupérer une partie de la chaleur fatale qui serait perdue dans la solution de la figure 4. Figure 5 differs from Figure 4 by adding an energy (heat) recovery line. Indeed, the gas leaving the expansion means 302 of the last expansion stage is hot enough to heat the compressed gas entering the second stage. Thus, the gas leaving the expansion means 302 is sent to a second heat exchange means 401 making it possible to heat the compressed gas, mixed with the liquid. Thus, on the second expansion stage, the second heat exchange means is positioned between the mixing means M2 and the heat storage and recovery means 201. This arrangement makes it possible to recover part of the waste heat which would be lost in the solution of figure 4.
Bien entendu, les modes de réalisation représentés sur les différentes figures peuvent comprendre plus ou moins d’étages de compression ou d’étages de détente sans sortir du cadre de l’invention. De la même manière, sur ces différentes figures, il est possible d’ajouter ou de retirer des moyens de refroidissement, des moyens de séparations, des moyens de mélange et/ou des moyens de stockage de liquide. Of course, the embodiments shown in the various figures may include more or fewer compression stages or expansion stages without departing from the scope of the invention. In the same way, in these different figures, it is possible to add or remove cooling means, separation means, mixing means and/or liquid storage means.
Exemples Examples
Les systèmes des figures 4 et 5 de l’invention ont été comparés au système de l’art antérieur illustré sur la figure 6. The systems of Figures 4 and 5 of the invention have been compared to the prior art system illustrated in Figure 6.
Sur la figure 6 de l’art antérieur, pendant la phase de compression 1 , un flux d’air extérieur, à une pression de 1.02 bar (0.102 MPa) et une température de 27°C et possédant une humidité de 14.6 gramme d’eau par kilogramme d’air, est comprimé par un compresseur basse pression 100 d’où il sort à une température de 255°C et une pression de 6 bar (0.6 MPa). Ce flux est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur basse pression 200 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 90°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le flux de gaz comprimé est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement 600 jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie. Le flux est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement en 200 et/ou 600. Cette eau condensée est séparée de la ligne de compression 1 dans un séparateur gaz-liquide S1 opérant à la pression du flux du premier étage de compression 3. Le flux, de nouveau totalement gazeux, est comprimé par un compresseur moyenne pression 101 d’où il ressort 16 à une température de 275°C et une pression de 28 bar (2.8 MPa). Le gaz comprimé est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur moyenne pression 201 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 100°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le gaz comprimé est refroidi une nouvelle fois par un moyen de refroidissement 601 jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie. Le flux est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement en 201 et/ou 601. Cette eau condensée est séparée de la ligne de compression 1 dans un séparateur gaz- liquide S2 opérant à la pression du flux dans le deuxième étage de compression 3. Le flux sortant du séparateur S2, de nouveau totalement gazeux, est comprimé par un compresseur haute pression 102 d’où il ressort à une température de 250°C et une pression de 117 bar (11.7 MPa). Le gaz comprimé est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur haute pression 202 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 45°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le gaz comprimé est refroidi une nouvelle fois par un moyen de refroidissement 602 jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie, 30°C étant la température de stockage de l’air. Le flux est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement en 202 et/ou 602. Cette eau condensée est séparée de la ligne de compression 1 dans un séparateur gaz-liquide S3 opérant à la pression du flux. In FIG. 6 of the prior art, during the compression phase 1, an external air flow, at a pressure of 1.02 bar (0.102 MPa) and a temperature of 27° C. and having a humidity of 14.6 grams of water per kilogram of air, is compressed by a low pressure compressor 100 from which it emerges at a temperature of 255°C and a pressure of 6 bar (0.6 MPa). This flow is sent to a low-pressure heat storage and recovery means 200 which cools the air to a temperature of 90° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The gas flow tablet is cooled again by the cooling means 600 until it reaches a temperature of 50° C. at the outlet. The flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 200 and/or 600. This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S1 operating at the flow pressure of the first compression stage 3. The flow, again completely gaseous, is compressed by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges 16 at a temperature of 275° C. and a pressure of 28 bar (2.8 MPa). The compressed gas is sent to a medium pressure heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 100° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The compressed gas is cooled again by a cooling means 601 until it reaches a temperature of 50° C. at the outlet. The flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 201 and/or 601. This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S2 operating at the pressure of the flow in the second compression stage 3. The flow leaving the separator S2, again totally gaseous, is compressed by a high pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 250° C. and a pressure of 117 bar (11.7 MPa). The compressed gas is sent to a high pressure heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 45°C and stores this thermal energy until expansion phase 2. The compressed gas is cooled again by a cooling means 602 until it reaches a temperature of 30° C. at the outlet, 30° C. being the air storage temperature. The flow is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in 202 and/or 602. This condensed water is separated from the compression line 1 in a separator gas-liquid S3 operating at flow pressure.
Le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar (11 .7 MPa) et une température de 30°C est alors envoyé vers le moyen de stockage d’air comprimé 500 en attendant la phase de récupération de l’énergie 2. The compressed air flow at a pressure of 117 bar (11.7 MPa) and a temperature of 30° C. is then sent to the compressed air storage means 500 while waiting for the energy recovery phase 2.
Lorsque l’on veut produire de l’électricité, le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar (11.7 MPa) et une température de 30°C, sortant du moyen de stockage d’air comprimé 500 est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur haute pression 202 qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux atteigne une température de 240°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine haute pression 300 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 28 bar (2.8 MPa) et une température de 85°C. Le gaz comprimé est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur moyenne pression 201 qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux atteigne une température de 265°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine moyenne pression 301 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 5 bar (0.5 MPa) et une température de 75°C. Le flux est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur basse pression 200 qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux atteigne une température de 245°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine basse pression 302 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 1 .02 bar (0.102 MPa) et une température de 80°C. When it is desired to produce electricity, the flow of compressed air at a pressure of 117 bar (11.7 MPa) and a temperature of 30° C., leaving the compressed air storage means 500 is heated in the means heat storage and recovery unit 202 which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 240°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the high-pressure turbine 300 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 28 bar (2.8 MPa) and a temperature of 85°C. The compressed gas is reheated in the medium pressure heat storage and recovery means 201 which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 265°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the medium-pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 5 bar (0.5 MPa) and a temperature of 75°C. The stream is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 which releases the heat stored during compression phase 1 until the stream reaches a temperature of 245°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 1.02 bar (0.102 MPa) and a temperature of 80°C.
Le rendement du procédé de stockage d’énergie de la figure 6 (non conforme à l’invention) est de 69.6% pour une puissance consommée de 100 MW aux compresseurs. Le débit total d’eau condensée aux trois étages de compression est de 7.5 t/h. La puissance de stockage thermique est de 87 MW et la puissance de refroidissement nécessaire est de 20.5 MW. The efficiency of the energy storage method of Figure 6 (not in accordance with the invention) is 69.6% for a power consumption of 100 MW at the compressors. The total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 t/h. The thermal storage power is 87 MW and the necessary cooling power is 20.5 MW.
Sur le système et le procédé du mode de réalisation de la figure 4 (conforme à l’invention), pendant la phase de compression 1 , un flux d’air prélevé dans le milieu ambiant, à une pression de 1.02 bar et une température de 27°C et possédant une humidité de 14.6 grammes d’eau par kilogramme d’air, est comprimé par un compresseur basse pression 100 d’où il sort à une température de 255°C et une pression de 6 bar. Ce flux est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 qui comprend des particules de stockage de la chaleur et qui refroidit l’air jusqu’à une température de 85°C. La chaleur extraite du gaz comprimé est alors stockée jusqu’à la phase de détente 2. Le flux d’air comprimé sortant du moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 est refroidi une nouvelle fois par l’échangeur de refroidissement 600 jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie. Le flux sortant de l’échangeur 600 est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 et/ou dans l’échangeur de refroidissement 600. L’eau condensée est séparée du flux d’air comprimé dans un séparateur gaz-liquide S1 , opérant à la pression du flux sortant de l’échangeur 600, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 700 sous une pression maintenue de 6 bar. L’air sortant du séparateur gaz-liquide S1 ne contenant plus de phase liquide, donc de nouveau totalement gazeux, entre dans un nouvel étage de compression où il est comprimé par un compresseur moyenne pression 101 d’où il ressort à une température de 275°C et une pression de 28 bar. L’air comprimé est ensuite envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 45°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. L’air comprimé peut ensuite être encore refroidi une nouvelle fois par un échangeur de refroidissement 601 . En sortie du moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 ou de l’échangeur 601 , le fluide est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant la phase de récupération de la chaleur ou durant la phase de refroidissement. Cette eau condensée est séparée du flux d’air comprimé dans un séparateur gaz-liquide S2, opérant à la pression du flux, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 701 sous une pression maintenue de 28 bar. L’air sortant du séparateur gaz-liquide S2, de nouveau totalement gazeux, est comprimé dans un troisième étage de compression par un compresseur haute pression 102 d’où il ressort à une température de 245°C et une pression de 117 bar. L’air comprimé sortant du compresseur 102 est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 75°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le flux d’air comprimé est ensuite refroidi une nouvelle fois par un échangeur 602 jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie, 30°C étant la température de stockage de l’air dans le moyen de stockage de gaz comprimé 500. Le fluide sortant de l’échangeur 602 est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202 et/ou dans l’échangeur de refroidissement 602. Cette eau condensée est séparée du flux de gaz comprimé dans un séparateur gaz-liquide S3, opérant à la pression du flux de gaz comprimé, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 702 sous une pression maintenue de 117 bar. On the system and the method of the embodiment of Figure 4 (in accordance with the invention), during the compression phase 1, an air flow taken from the ambient environment, at a pressure of 1.02 bar and a temperature of 27°C and having a humidity of 14.6 grams of water per kilogram of air, is compressed by a low pressure compressor 100 from which it emerges at a temperature of 255°C and a pressure of 6 bar. This flow is sent to a heat storage and recovery means 200 which comprises heat storage particles and which cools the air to a temperature of 85°C. The heat extracted from the compressed gas is then stored until the expansion phase 2. The flow of compressed air leaving the heat storage and recovery means 200 is cooled again by the cooling exchanger 600 until to reach a temperature of 50°C at the outlet. The flow leaving the exchanger 600 is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 200 and/or in the cooling exchanger 600. The condensed water is separated from the compressed air flow in a gas-liquid separator S1, operating at the pressure of the flow leaving the exchanger 600, then sent to a liquid storage means 700 under a maintained pressure of 6 bar. The air leaving the gas-liquid separator S1 no longer containing any liquid phase, and therefore completely gaseous again, enters a new compression stage where it is compressed by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges at a temperature of 275 °C and a pressure of 28 bar. The compressed air is then sent to a heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 45° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The air compressed can then be further cooled again by a cooling exchanger 601 . At the outlet of the heat storage and recovery means 201 or of the exchanger 601, the fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the heat recovery phase. heat or during the cooling phase. This condensed water is separated from the compressed air stream in a gas-liquid separator S2, operating at the pressure of the stream, then sent to a liquid storage means 701 under a maintained pressure of 28 bar. The air leaving the gas-liquid separator S2, again totally gaseous, is compressed in a third compression stage by a high-pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 245° C. and a pressure of 117 bar. The compressed air leaving the compressor 102 is sent to a heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 75° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The flow of compressed air is then cooled again by an exchanger 602 until it reaches a temperature of 30° C. at the outlet, 30° C. being the storage temperature of the air in the compressed gas storage means 500 The fluid leaving the exchanger 602 is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 202 and/ or in the cooling exchanger 602. This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S3, operating at the pressure of the flow of compressed gas, then sent to a liquid storage means 702 under a pressure maintained at 117 bar.
Le flux d’air comprimé sortant du séparateur gaz-liquide S3 à une pression de 117 bar et une température de 30°C est alors envoyé vers le moyen de stockage de gaz comprimé 500 en attendant la phase de déstockage dans la ligne de détente 2. The flow of compressed air leaving the gas-liquid separator S3 at a pressure of 117 bar and a temperature of 30° C. is then sent to the compressed gas storage means 500 while waiting for the destocking phase in the expansion line 2 .
Lorsque l’on veut produire de l’électricité, un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide haute pression 702 à une pression de 117 bar et une température de 30°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé sortant du stockage 500 via le mélangeur M3 pour former un mélange air/eau. Ce mélange est préchauffé dans un échangeur de chaleur 400 afin d’atteindre en sortie une température de 70°C. Le mélange est alors réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de chaleur 202 utilisé dans le dernier étage de compression qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le mélange atteigne une température de 235°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine haute pression 300 du premier étage de détente produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 28 bar et une température de 80°C. Le gaz comprimé sortant de la turbine 300 est alors utilisé dans l’échangeur de chaleur 400 pour préchauffer le mélange, sa température étant supérieure à la température du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé 500. Le gaz comprimé récupéré en sortie de la turbine 300 ressort de l’échangeur 400 en ayant cédé sa chaleur et atteint une température de 35°C. Un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide moyenne pression 701 (celui qui sert au deuxième étage de compression) à une pression de 28 bar et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé ressortant refroidi de l’échangeur 400 via le mélangeur M2 pour former un deuxième mélange air/eau. Ce deuxième mélange est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur moyenne pression 201 (celui qui est utilisé dans le deuxième étage de compression) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le deuxième mélange atteigne une température de 265°C. Ce mélange est détendu dans la turbine moyenne pression 301 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 5 bar et une température de 75°C. Un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide 700 à une pression de 6 bar et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé sortant de la turbine 301 et entrant dans le troisième et dernier étage de détente via le mélangeur M1 pour former un troisième mélange air/eau. Ce mélange est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur basse pression 200 (celui qui est utilisé dans le premier étage de compression) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le troisième mélange atteigne une température de 245°C. Ce mélange est alors détendu dans la turbine basse pression 302 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 1 .02 bar et une température de 80°C. When it is desired to produce electricity, a flow of condensed water coming from the high pressure liquid storage means 702 at a pressure of 117 bar and a temperature of 30° C. is reinjected into the flow of compressed air leaving storage 500 via mixer M3 to form an air/water mixture. This mixture is preheated in a heat exchanger 400 in order to reach a temperature of 70° C. at the outlet. The mixture is then reheated in the heat storage and recovery means 202 used in the last compression stage which releases the heat stored during the compression phase 1 until the mixture reaches a temperature of 235°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the high pressure turbine 300 of the first expansion stage producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 28 bar and a temperature of 80°C. The compressed gas leaving the turbine 300 is then used in the heat exchanger 400 to preheat the mixture, its temperature being higher than the temperature of the compressed gas stored in the compressed gas storage means 500. The compressed gas recovered at the outlet of the turbine 300 comes out of the exchanger 400 having given up its heat and reaching a temperature of 35°C. A flow of condensed water coming from the medium pressure liquid storage means 701 (the one used for the second compression stage) at a pressure of 28 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of cooled outgoing compressed air. of the exchanger 400 via the mixer M2 to form a second air/water mixture. This second mixture is heated in the storage means and medium pressure heat recovery 201 (the one used in the second compression stage) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the second mixture reaches a temperature of 265°C. This mixture is expanded in the medium pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until a pressure of 5 bar and a temperature of 75°C are reached at the outlet. A flow of condensed water coming from the liquid storage means 700 at a pressure of 6 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of compressed air leaving the turbine 301 and entering the third and last stage of expansion via mixer M1 to form a third air/water mixture. This mixture is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 (the one used in the first compression stage) which releases the heat stored during the compression phase 1 until the third mixture reaches a temperature of 245°C. This mixture is then expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until a pressure of 1.02 bar and a temperature of 80°C are reached at the outlet.
Le rendement de ce procédé et système de stockage d’énergie selon un mode de réalisation de l’invention est de 70.8% pour une puissance consommée de 100.0 MW en phase de compression alors que le rendement de la solution de la figure 6 de l’art antérieur est de 69,6%, ce qui permet d’augmenter le rendement de plus de 1%. Le débit total d’eau condensée aux trois étages de compression est de 7.5 tonnes par heure. La puissance de stockage thermique est de 93.4 MW et la puissance de refroidissement nécessaire est de 14.1 MW, ce qui permet de réduire la puissance de refroidissement d’environ 30% par rapport à la solution de la figure 6 de l’art antérieur. Cette configuration permet également de diminuer la taille du moyen de stockage et de récupération de chaleur haute pression 202 de 24% par rapport à la solution de la figure 6 de l’art antérieur. The efficiency of this method and energy storage system according to one embodiment of the invention is 70.8% for a power consumption of 100.0 MW in the compression phase, while the efficiency of the solution of FIG. 6 of the prior art is 69.6%, which makes it possible to increase the yield by more than 1%. The total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 tonnes per hour. The thermal storage power is 93.4 MW and the cooling power required is 14.1 MW, which makes it possible to reduce the cooling power by about 30% compared to the solution of Figure 6 of the prior art. This configuration also makes it possible to reduce the size of the high pressure heat storage and recovery means 202 by 24% compared to the solution of FIG. 6 of the prior art.
Sur le système et le procédé de la figure 5 (conforme à l’invention), pendant la phase de compression 1 , un flux d’air prélevé dans le milieu ambiant, à une pression de 1.02 bar et une température de 27°C et possédant une humidité de 14.6 gramme d’eau par kilogramme d’air, est comprimé par un compresseur basse pression 100 d’où il sort à une température de 255°C et une pression de 6 bar. L’air comprimé est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 80°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. L’air comprimé est refroidi une nouvelle fois par un échangeur 600 jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie. Le fluide est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 200 et/ou l’échangeur de refroidissement 600. Cette eau condensée est séparée du flux de gaz comprimé dans un séparateur gaz-liquide S1 , opérant à la pression du flux, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 700 sous une pression maintenue de 6 bar. L’air ressortant du séparateur S1 , de nouveau totalement gazeux, est comprimé dans un deuxième étage de compression par un compresseur moyenne pression 101 d’où il ressort à une température de 275°C et une pression de 28 bar. L’air comprimé est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur moyenne pression 201 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 75°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le flux est refroidi une nouvelle fois dans un échangeur 601 pour atteindre une température de 50°C en sortie. Le fluide est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 201 et/ou l’échangeur de refroidissement 601. Cette eau condensée est séparée du flux de gaz comprimé dans un séparateur gaz-liquide S2, opérant à la pression du flux, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 701 sous une pression maintenue de 28 bar. Le gaz sortant du séparateur S2, de nouveau totalement gazeux, est comprimé dans un troisième étage de compression par un compresseur haute pression 102 d’où il ressort à une température de 250°C et une pression de 117 bar. Le gaz comprimé est ensuite envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202 qui refroidit l’air jusqu’à une température de 85°C et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente 2. Le gaz comprimé est refroidi une nouvelle fois par un échangeur 602 jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie, 30°C étant la température de stockage de l’air. Le fluide est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant les phases de refroidissement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur 202 et/ou dans l’échangeur de refroidissement 602. Cette eau condensée est séparée du gaz comprimé dans un séparateur gaz-liquide S3, opérant à la pression du flux, puis envoyée vers un moyen de stockage de liquide 702 sous une pression maintenue de 117 bar. On the system and the method of Figure 5 (in accordance with the invention), during the compression phase 1, a flow of air taken from the ambient medium, at a pressure of 1.02 bar and a temperature of 27° C. and with a humidity of 14.6 grams of water per kilogram of air, is compressed by a low pressure compressor 100 from which it emerges at a temperature of 255°C and a pressure of 6 bar. The compressed air is sent to a heat storage and recovery means 200 which cools the air to a temperature of 80° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The compressed air is cooled again by a 600 heat exchanger until it reaches a temperature of 50°C at the outlet. The fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 200 and/or the cooling exchanger 600. This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S1, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 700 under a maintained pressure of 6 bar. The air emerging from the separator S1, again totally gaseous, is compressed in a second compression stage by a medium-pressure compressor 101 from which it emerges at a temperature of 275° C. and a pressure of 28 bar. The compressed air is sent to a medium-pressure heat storage and recovery means 201 which cools the air to a temperature of 75° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The flow is cooled again in an exchanger 601 to reach a temperature of 50° C. at the outlet. The fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 201 and/or the cooling exchanger 601 This condensed water is separated from the flow of compressed gas in a gas-liquid separator S2, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 701 under a maintained pressure of 28 bar. The gas leaving the separator S2, again totally gaseous, is compressed in a third compression stage by a high pressure compressor 102 from which it emerges at a temperature of 250° C. and a pressure of 117 bar. The compressed gas is then sent to a heat storage and recovery means 202 which cools the air to a temperature of 85° C. and stores this thermal energy until the expansion phase 2. The compressed gas is cooled again by an exchanger 602 until reaching a temperature of 30° C. at the outlet, 30° C. being the air storage temperature. The fluid is then composed of air and water, resulting from the humidity of the air, condensed during the cooling phases in the heat storage and recovery means 202 and/or in the cooling exchanger 602. This condensed water is separated from the compressed gas in a gas-liquid separator S3, operating at the pressure of the flow, then sent to a liquid storage means 702 under a maintained pressure of 117 bar.
Le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar et une température de 30°C est alors envoyé vers le moyen de stockage de gaz comprimé 500 en attendant la phase de détente 2. The compressed air flow at a pressure of 117 bar and a temperature of 30°C is then sent to the compressed gas storage means 500 while waiting for the expansion phase 2.
Lorsque l’on veut produire de l’électricité, un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide haute pression 702 (celui qui est utilisé pour le troisième étage de compression) à une pression de 117 bar et une température de 30°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé 500 via le mélangeur M3 pour former un premier mélange air/eau. Ce mélange est préchauffé dans un échangeur de chaleur 400 afin d’atteindre en sortie une température de 73°C. Le mélange est ensuite réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur haute pression 202 (celui utilisé dans le troisième étage de compression) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux de gaz comprimé atteigne une température de 240°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine haute pression 300 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 28 bar et une température de 85°C. Ce flux sortant de la turbine 300 est alors utilisé dans l’échangeur de chaleur 400 pour préchauffer le flux de gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé 500. Le gaz comprimé sortant refroidi de l’échangeur de chaleur 400 ressort à une température de 35°C avant d’entrer dans un deuxième étage de détente. Un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide moyenne pression 701 (celui utilisé dans le deuxième étage de compression) à une pression de 28 bar et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé via le mélangeur M2 pour former un deuxième mélange air/eau. Ce mélange est préchauffé dans l’échangeur de chaleur 401 jusqu’à atteindre une température en sortie de 65°C avant d’être réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de chaleur moyenne pression 201 (celui utilisé dans le deuxième étage de compression) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux atteigne une température de 260°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine moyenne pression 301 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 5 bar et une température de 70°C. Un flux d’eau condensée provenant du moyen de stockage de liquide basse pression 700 (celui utilisé dans le premier étage de compression) à une pression de 6 bar et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé entrant dans le troisième étage de détente via le mélangeur M1 pour former un troisième mélange air/eau. Ce mélange est réchauffé dans le moyen de stockage et de récupération de chaleur basse pression 200 (celui qui est utilisé dans le premier étage de compression) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression 1 jusqu’à ce que le flux atteigne une température de 245°C. Ce flux d’air chaud et comprimé est détendu dans la turbine basse pression 302 produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie une pression de 1.02 bar et une température de 85°C. L’air sortant de la dernière turbine 302 de la ligne de détente est alors envoyé dans l’échangeur de chaleur 401 afin de réchauffer le flux de deuxième mélange dans le deuxième étage de détente. En sortie de l’échangeur de chaleur 401 , l’air comprimé ressort refroidi à une température de 40°C. When it is desired to produce electricity, a flow of condensed water from the high pressure liquid storage means 702 (the one used for the third compression stage) at a pressure of 117 bar and a temperature of 30 °C is reinjected into the flow of compressed air leaving the compressed gas storage means 500 via the mixer M3 to form a first air/water mixture. This mixture is preheated in a heat exchanger 400 in order to reach a temperature of 73° C. at the outlet. The mixture is then reheated in the high pressure heat storage and recovery means 202 (the one used in the third stage of compression) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the flow of compressed gas reaches a temperature of 240°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the high-pressure turbine 300 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 28 bar and a temperature of 85°C. This flow leaving the turbine 300 is then used in the heat exchanger 400 to preheat the flow of compressed gas leaving the compressed gas storage means 500. The compressed gas leaving the cooled heat exchanger 400 emerges at a temperature of 35°C before entering a second stage of relaxation. A stream of condensed water coming from the medium pressure liquid storage means 701 (the one used in the second compression stage) at a pressure of 28 bar and a temperature of 50°C is reinjected into the compressed air stream via the mixer M2 to form a second air/water mixture. This mixture is preheated in the heat exchanger 401 until it reaches an outlet temperature of 65° C. before being reheated in the medium pressure heat storage and recovery means 201 (the one used in the second compression stage ) which releases the heat stored during the compression phase 1 until the flow reaches a temperature of 260°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the medium-pressure turbine 301 producing electricity via an alternator, until it reaches an outlet pressure of 5 bar and a temperature of 70°C. A flow of condensed water coming from the low pressure liquid storage means 700 (the one used in the first compression stage) at a pressure of 6 bar and a temperature of 50° C. is reinjected into the flow of compressed air entering the the third expansion stage via mixer M1 to form a third air/water mixture. This mixture is reheated in the low pressure heat storage and recovery means 200 (the one used in the first compression stage) which releases the heat stored during the compression stage 1 until the flow reaches a temperature 245°C. This flow of hot, compressed air is expanded in the low pressure turbine 302 producing electricity via an alternator, until it reaches an output pressure of 1.02 bar and a temperature of 85°C. The air leaving the last turbine 302 of the expansion line is then sent to the heat exchanger 401 in order to heat the flow of second mixture in the second expansion stage. At the outlet of the heat exchanger 401, the compressed air comes out cooled to a temperature of 40°C.
Le rendement du procédé de stockage d’énergie est de 70.2% pour une puissance consommée de 100.0 MW aux compresseurs, ce qui permet d’augmenter le rendement de 0,3% par rapport à la solution de la figure 6 de l’art antérieur. Le débit total d’eau condensée aux trois étages de compression est de 7.5 tonnes par heure. La puissance de stockage thermique est de 86.6 MW et la puissance de refroidissement nécessaire est de 21 .0 MW. Cette configuration permet de diminuer la taille du moyen de stockage et de récupération de chaleur haute pression 202 de 23% par rapport à la solution technique de la figure 6 de l’art antérieur. Elle permet également une réduction de la taille du moyen de stockage et de récupération de chaleur moyenne pression 201 de 24% par rapport à la solution technique de la figure 4 de l’invention. The efficiency of the energy storage process is 70.2% for a power consumption of 100.0 MW at the compressors, which makes it possible to increase the efficiency by 0.3% compared to the solution of FIG. 6 of the prior art . The total flow of condensed water at the three compression stages is 7.5 tons per hour. The thermal storage power is 86.6 MW and the cooling power required is 21.0 MW. This configuration makes it possible to reduce the size of the means of storage and recovery of high pressure heat 202 by 23% compared to the technical solution of Figure 6 of the prior art. It also allows a reduction in the size of the medium pressure heat storage and recovery means 201 by 24% compared to the technical solution of FIG. 4 of the invention.

Claims

Revendications Claims
1 .Système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant :1.Compressed gas energy storage and recovery system comprising:
- une ligne de compression (1) de gaz avec au moins un étage de compression (3), chaque étage de compression (3) comprenant un moyen de compression (100, 101 , 102) un moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) en aval, dans le sens de circulation du gaz, dudit moyen de compression (100, 101 , 102), - a gas compression line (1) with at least one compression stage (3), each compression stage (3) comprising compression means (100, 101, 102), heat storage and recovery means (200, 201, 202) downstream, in the direction of gas circulation, of said compression means (100, 101, 102),
- au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (500) situé en sortie de la ligne de compression (1) de gaz pour stocker le gaz comprimé, - at least one compressed gas storage means (500) located at the outlet of the gas compression line (1) to store the compressed gas,
- une ligne de détente (2) pour détendre du gaz comprimé stocké dans le moyen de stockage de gaz comprimé (500), la ligne de détente (2) comprenant au moins deux étages de détente (4) successifs, chaque étage de détente (4) comprenant des conduites et un moyen de détente (300, 301 , 302), les conduites étant configurées pour faire circuler le gaz comprimé dans au moins un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) des étages de compression (3) de manière à réchauffer le gaz comprimé avant le moyen de détente (300, 301 , 302), caractérisé en ce que la ligne de détente (2) comprend au moins un moyen de circulation pour faire circuler le gaz détendu sortant du premier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente (2), dans un premier moyen d’échange de chaleur (400) situé dans le premier étage de détente, le premier moyen d’échange de chaleur (400) étant conçu pour réchauffer le gaz au préalable du passage du gaz comprimé dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) dans lequel circule le gaz comprimé du premier étage de détente et avant que le gaz comprimé refroidi ne soit envoyé vers l’étage de détente suivant de la ligne de détente (2). - an expansion line (2) for expanding compressed gas stored in the compressed gas storage means (500), the expansion line (2) comprising at least two successive expansion stages (4), each expansion stage ( 4) comprising pipes and an expansion means (300, 301, 302), the pipes being configured to circulate the compressed gas in at least one of the heat storage and recovery means (200, 201, 202) of the compression stages (3) so as to heat the compressed gas before the expansion means (300, 301, 302), characterized in that the expansion line (2) comprises at least one circulation means for circulating the expanded gas leaving the first expansion stage, in the direction of gas circulation in the expansion line (2), in a first heat exchange means (400) located in the first expansion stage, the first heat exchange means heat (400) being adapted to heat the gas prior to the passage of the compressed gas in the heat storage and recovery means (200, 201, 202) in which the compressed gas of the first expansion stage circulates and before the cooled compressed gas is sent to the next expansion stage of the expansion line (2).
2. Système selon la revendication 1 , pour lequel ledit moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) comprend des particules de stockage de la chaleur. 2. System according to claim 1, wherein said heat storage and recovery means (200, 201, 202) comprises heat storage particles.
3. Système selon l’une des revendications précédentes, pour lequel ladite ligne de compression (1 ) comprend autant d’étages de compression (3) que la ligne de détente (2) comprend d’étages de détente (4), chaque moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) d’un étage de compression étant utilisé dans l’étage de détente à la pression correspondante. 3. System according to one of the preceding claims, for which said compression line (1) comprises as many compression stages (3) as the expansion line (2) comprises expansion stages (4), each means storage and heat recovery (200, 201, 202) of a compression stage being used in the expansion stage at the corresponding pressure.
4. Système selon la revendication 3, pour lequel la ligne de détente (1) et la ligne de compression (2) comprennent chacune trois étages. 4. System according to claim 3, wherein the expansion line (1) and the compression line (2) each comprise three stages.
5. Système selon l’une des revendications précédentes, pour lequel au moins un étage de compression (3) comprend un moyen de refroidissement (600, 601 , 602) en aval du moyen de stockage et de récupération de chaleur (200, 201 , 202), de préférence, ledit moyen de refroidissement (600, 601 , 602) comprenant un aéroréfrigérant. 5. System according to one of the preceding claims, wherein at least one compression stage (3) comprises cooling means (600, 601, 602) downstream of the heat storage and recovery means (200, 201, 202), of preferably, said cooling means (600, 601, 602) comprising an air cooler.
6. Système selon l’une des revendications précédentes, pour lequel, au moins un étage de compression (3) comprend un moyen de séparation (S1 , S2, S3) pour séparer le gaz comprimé d’une phase liquide avant que le gaz comprimé n’atteigne l’étage de compression (3) suivant ou le moyen de stockage de gaz comprimé (500), chaque étage de compression (3) comprenant un moyen de stockage de liquide (700, 701 , 702) pour stocker ladite phase liquide à la pression de l’étage de compression (3). 6. System according to one of the preceding claims, for which at least one compression stage (3) comprises separation means (S1, S2, S3) for separating the compressed gas from a liquid phase before the compressed gas reaches the next compression stage (3) or the compressed gas storage means (500), each compression stage (3) comprising a liquid storage means (700, 701, 702) for storing said liquid phase to the pressure of the compression stage (3).
7. Système selon la revendication 6, pour lequel au moins un étage de détente (4) comprend un moyen de mélange (M1 , M2, M3) pour mélanger audit gaz comprimé ladite phase liquide sortant d’un des moyens de stockage de liquide (700, 701 , 702) des étages de compression (3) avant ledit premier moyen d’échange de chaleur (400) et/ou avant le moyen de stockage et de récupération de chaleur (202, 201 , 200). 7. System according to claim 6, for which at least one expansion stage (4) comprises mixing means (M1, M2, M3) for mixing with said compressed gas, said liquid phase exiting from one of the liquid storage means ( 700, 701, 702) of the compression stages (3) before said first heat exchange means (400) and/or before the heat storage and recovery means (202, 201, 200).
8. Système selon la revendication 7, pour lequel ledit moyen de mélange (M1 , M2, M3) est positionné en amont dudit premier moyen d’échange de chaleur (400) sur le premier étage de détente et en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur (201 , 200) sur les autres étages de détente. 8. System according to claim 7, wherein said mixing means (M1, M2, M3) is positioned upstream of said first heat exchange means (400) on the first expansion stage and upstream of the storage means and heat recovery (201, 200) on the other expansion stages.
9. Système selon l’une des revendications précédentes, pour lequel la ligne de détente (2) comprend une ligne de récupération de chaleur pour faire circuler le gaz détendu en sortie du dernier étage de détente, dans le sens de circulation du gaz dans la ligne de détente, dans un deuxième moyen d’échange de chaleur (401) situé sur le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de chaleur (201) du deuxième étage de détente. 9. System according to one of the preceding claims, for which the expansion line (2) comprises a heat recovery line for circulating the expanded gas at the outlet of the last expansion stage, in the direction of circulation of the gas in the expansion line, in a second heat exchange means (401) located on the second expansion stage, upstream of the heat storage and recovery means (201) of the second expansion stage.
10. Procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant au moins les étapes suivantes : 10. Compressed gas energy storage and recovery process comprising at least the following steps:
- En phase de stockage d’énergie : a) on comprime au moins une fois un gaz dans une ligne de compression (1) comprenant au moins un étage de compression (4), chaque étage de compression (4) comprenant au moins un moyen de compression (100, 101 , 102) ; b) après chaque étape de compression (4), on récupère la chaleur dudit gaz comprimé dans au moins un moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) ; c) on stocke le gaz comprimé refroidi dans au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (500). - In the energy storage phase: a) a gas is compressed at least once in a compression line (1) comprising at least one compression stage (4), each compression stage (4) comprising at least one means compression (100, 101, 102); b) after each compression step (4), the heat of said compressed gas is recovered in at least one heat storage and recovery means (200, 201, 202); c) the cooled compressed gas is stored in at least one compressed gas storage means (500).
- En phase de récupération d’énergie : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (500) dans une ligne de détente (2) d’au moins deux étages de détente (4), et dans chaque étage de détente (4), on réchauffe le gaz comprimé en le faisant circuler dans un des moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) grâce à la chaleur stockée lors de l’étape de compression (3) puis on détend le gaz comprimé réchauffé dans un moyen de détente (4) ; caractérisé en ce qu’on utilise la chaleur d’au moins une partie du gaz détendu en sortie du moyen de détente (300) du premier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (500) dans un premier moyen d’échange de chaleur (400) positionné en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202). - In the energy recovery phase: d) the compressed gas leaving the compressed gas storage means (500) is circulated in an expansion line (2) of at least two expansion stages (4), and in each expansion stage (4), heats the compressed gas by causing it to circulate in one of the heat storage and recovery means (200, 201, 202) thanks to the heat stored during the compression step (3) then the heated compressed gas is expanded in an expansion means (4); characterized in that the heat of at least a portion of the gas expanded at the outlet of the expansion means (300) of the first expansion stage is used to heat the compressed gas leaving the compressed gas storage means (500) in a first heat exchange means (400) positioned upstream of the heat storage and recovery means (202).
11. Procédé selon la revendication 10, pour lequel on réalise autant d’étapes de compression que d’étapes de détente, et on utilise le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) de chacune des étapes b) pour réchauffer le gaz comprimé de l’étape de détente à la pression correspondante.11. Method according to claim 10, for which as many compression steps as expansion steps are carried out, and the heat storage and recovery means (200, 201, 202) of each of the steps b are used. ) to heat the compressed gas from the expansion stage to the corresponding pressure.
12. Procédé selon l’une des revendications 10 ou 11 , pour lequel on récupère la chaleur du gaz comprimé par des particules de stockage de la chaleur. 12. Method according to one of claims 10 or 11, for which the heat is recovered from the compressed gas by heat storage particles.
13. Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, pour lequel, après chaque étape de récupération de la chaleur, on refroidit le gaz comprimé en sortie du moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) dans un moyen de refroidissement (600, 601 , 602) avant que le gaz ne soit envoyé dans l’étape de compression suivante ou dans le moyen de stockage de gaz comprimé (500). 13. Method according to one of claims 10 to 12, for which, after each heat recovery step, the compressed gas is cooled at the outlet of the heat storage and recovery means (200, 201, 202) in a cooling means (600, 601, 602) before the gas is sent to the next compression step or to the compressed gas storage means (500).
14. Procédé selon l’une des revendications 10 à 13, pour lequel, on récupère la chaleur du gaz détendu en sortie du dernier étage de détente pour réchauffer le gaz comprimé entrant dans le deuxième étage de détente, en amont du moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201) du deuxième étage de détente.14. Method according to one of claims 10 to 13, for which the heat is recovered from the expanded gas at the outlet of the last expansion stage to heat the compressed gas entering the second expansion stage, upstream of the storage means and heat recovery (201) of the second expansion stage.
15. Procédé selon l’une des revendications 10 à 14, pour lequel, on sépare le gaz comprimé d’une phase liquide qu’il contient dans un moyen de séparation (S1 , S2, S3), avant que le gaz comprimé ne soit envoyé dans l’étage de compression (3) suivant ou dans le moyen de stockage du gaz comprimé (500), le liquide sortant de chaque moyen de séparation (S1 , S2, S3) étant stocké à la pression dans laquelle il se trouve dans un moyen de stockage de liquide (700, 701 , 702). 15. Method according to one of claims 10 to 14, for which the compressed gas is separated from a liquid phase which it contains in a separation means (S1, S2, S3), before the compressed gas is sent to the next compression stage (3) or to the compressed gas storage means (500), the liquid leaving each separation means (S1, S2, S3) being stored at the pressure in which it is in a liquid storage means (700, 701, 702).
16. Procédé selon la revendication 15, pour lequel, dans chaque étage de détente, on injecte le liquide stocké d’un moyen de stockage de liquide (700, 701 , 702), et on le mélange au gaz comprimé, avant chaque étape de réchauffage. 16. Method according to claim 15, for which, in each expansion stage, the liquid stored in a liquid storage means (700, 701, 702) is injected, and it is mixed with the compressed gas, before each step of reheating.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016079485A1 (en) 2014-11-17 2016-05-26 Demetair Systems Ltd A waste heat recovery system combined with compressed air energy storage
DE102014118466A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Apt Gmbh - Angewandte Physik & Technologie Apparatus and method for temporarily storing gas and heat
FR3074846A1 (en) * 2017-12-11 2019-06-14 IFP Energies Nouvelles METHOD FOR STORING AND GENERATING COMPRESSED AIR ENERGY WITH ADDITIONAL ENERGY RECOVERY
EP3270088B1 (en) * 2016-07-15 2019-09-11 IFP Energies nouvelles Container of a system for storing and restoring heat having at least two concrete modules

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016079485A1 (en) 2014-11-17 2016-05-26 Demetair Systems Ltd A waste heat recovery system combined with compressed air energy storage
DE102014118466A1 (en) * 2014-12-11 2016-06-16 Apt Gmbh - Angewandte Physik & Technologie Apparatus and method for temporarily storing gas and heat
EP3270088B1 (en) * 2016-07-15 2019-09-11 IFP Energies nouvelles Container of a system for storing and restoring heat having at least two concrete modules
FR3074846A1 (en) * 2017-12-11 2019-06-14 IFP Energies Nouvelles METHOD FOR STORING AND GENERATING COMPRESSED AIR ENERGY WITH ADDITIONAL ENERGY RECOVERY

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