COMPRIME AVEC CYCLE DE RANKINE

Domaine technique

La présente invention concerne le domaine du stockage et de la production d’énergie par compression et détente de gaz, notamment de l’air.

Alors que les objectifs énergétiques mondiaux visent à favoriser les énergies renouvelables par rapport aux énergies fossiles et à en augmenter progressivement la proportion dans le mix énergétique, leur caractère variable demeure leur inconvénient majeur. Pour répondre à cette problématique, le stockage d’énergie apparaît comme la solution idéale. En stockant le surplus d’électricité 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 continuité, ou tout du moins une flexibilité, à la base inexistante, aux énergies renouvelables. Ainsi, le besoin en procédé de stockage d’énergie existe et va aller grandissant avec la proportion de ce type d’énergies dans le mix énergétique mondial.

De nombreuses technologies de stockage matures existent déjà 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. La technologie de stockage d’énergie par air comprimé (CAES de l’anglais « compressed air energy storage ») fait partie des solutions de type mécanique. D’autres 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 utilisant des électrolytes.

Le stockage d’énergie par air comprimé (CAES) est une technologie mature dont la première installation a été construite en Allemagne à la fin des années 1970, produisant 290 MW. Le principe du CAES est d’utiliser l’électricité produite et non consommée pour comprimer 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, soit 4 à 30 MPa) 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. Pour le système CAES de base tel que celui établi à la fin des années 1970, l’air comprimé était utilisé pour alimenter des turbines à gaz (appelées également turbines à combustion). Ces turbines brûlent via une chambre de combustion du gaz naturel en présence d’air comprimé pour produire des gaz de combustion très chauds (500°C-800°C), détendus pour produire l’électricité. Le procédé CAES possède un rendement énergétique de l’ordre de 50%.

Technique antérieure

Une variante du CAES est le procédé adiabatique ou ACAES (de l’anglais « adiabatic compressed air energy storage »). La différence principale avec le CAES d’origine est que la chaleur résultant de la compression n’est plus évacuée entre chaque étage, mais stockée afin de pouvoir réchauffer l’air en amont des turbines en phase de production d’électricité. Grâce à cette réutilisation de l’énergie thermique interne au procédé, le rendement de l’ACAES atteint environ 70%. Le refroidissement de l’air en phase de compression peut se faire via un échange à contact indirect dans un échangeur de chaleur avec un fluide caloporteur. Le fluide caloporteur chaud est alors stocké et isolé au maximum thermiquement afin de pouvoir céder sa chaleur à l’air lors de la phase de détente. Il peut également être effectué via un échange en contact direct entre l’air et une masse de stockage thermique fonctionnant par chaleur sensible ou grâce à des matériaux à changement de phase. Dans les deux cas, la chaleur issue de l’air va être stockée directement dans la masse, soit au sein du matériau, soit en effectuant un changement de phase du matériau. Lors de la phase de détente, l’air froid est réinjecté dans la masse de stockage thermique et par contact direct, l’air va se réchauffer en captant la chaleur du matériau ou bien permettant le changement de phase inverse libérant cette chaleur. Ce refroidissement de l’air peut alors induire une condensation d’eau si l’air possède une certaine humidité. Cette eau condensée doit alors être extraite du circuit d’air afin de ne pas endommager les compresseurs en aval.

Le document CN105569753B dévoile un procédé ACAES dans lequel un Cycle de Rankine Organique (ORC) est associé durant la phase de détente et pour lequel la source chaude est assurée par la chaleur fatale de l’énergie thermique utilisée pour préchauffer l’air en amont de la turbine, et où la source froide est assurée par le flux d’air détendu issu de la turbine.

Le document FR3074846A1 dévoile un procédé ACAES dans lequel un Cycle de Rankine Organique (ORC) est associé durant la phase de détente et pour lequel la source chaude est assurée par la chaleur fatale de l’énergie thermique utilisée pour préchauffer l’air en amont des turbines. Le document WO16079485A1 dévoile un procédé ACAES dans lequel l’énergie thermique issue de la phase de compression est utilisée au sein d’un Cycle de Rankine Organique (ORC) pour réchauffer le fluide de travail. Ledit Cycle de Rankine ne fonctionne donc que durant la phase de compression.

L’objet de la présente invention est d’améliorer les performances d’un procédé de stockage d’énergie par gaz comprimé adiabatique de type ACAES en lui associant au moins un cycle de Rankine, par exemple un cycle de Rankine Organique (ORC), producteur d’énergie, dans lequel l’utilisation de la source chaude et de la source froide permettent d’utiliser la chaleur fatale du procédé ou encore d’améliorer le procédé.

Résumé de l’invention

L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant :

-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) et un moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) agencé en aval dudit moyen de compression (100, 101 , 102), dans le sens de circulation dudit gaz,

-Au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (1000) agencé en sortie de ladite ligne de compression de gaz (1 ) pour stocker ledit gaz comprimé,

-Une ligne de détente de gaz (2) pour détendre ledit gaz comprimé stocké dans ledit moyen de stockage de gaz comprimé (1000), ladite ligne de détente de gaz (2) comprenant au moins un étage de détente (4), chaque étage de détente (4) comportant un moyen de détente (700, 701 , 702) et des conduites configurées pour faire circuler ledit gaz comprimé dans au moins un desdits moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) desdits étages de compression (3) de manière à réchauffer ledit gaz comprimé,

- Au moins un cycle de Rankine comprenant une turbine de détente (703), un condenseur (800), une pompe (900) et un évaporateur (801), et des conduites configurées pour faire circuler un fluide de travail s’adaptant aux températures mises en jeu dans ledit cycle de Rankine, pour produire une quantité supplémentaire d’énergie à la détente, et agencé entre ledit moyen de stockage de gaz comprimé (1000) dont le flux de sortie (26), éventuellement en mélange avec un liquide, constitue la source froide et ledit moyen de détente (702) dont le flux de sortie (39) constitue la source chaude dans le sens de circulation dudit gaz.

Chaque étage de détente (4) peut comprendre un moyen d’introduction d’un liquide (600, 601 , 602), lesdits moyens d’introduction dudit liquide (600, 601 , 602) étant prévus en amont, dans le sens de circulation dudit gaz, desdits moyens de stockage de la chaleur (200, 201 , 202) et ledit cycle de Rankine étant agencé entre ledit moyen d’introduction dudit liquide (600) dont le flux de sortie (28) constitue la source froide et ledit moyen de détente (702) dont le flux de sortie (39) constitue la source chaude dans le sens de circulation dudit gaz.

De préférence, lesdits moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) comprennent des particules de stockage de la chaleur.

Chaque étage de compression (3) peut comprendre un moyen de séparation dudit gaz et d’un liquide (400, 401 , 402).

Pour chaque étage de compression, ledit moyen de séparation de gaz et de liquide (400, 401 , 402) peut être agencé en aval dudit moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202), dans le sens de circulation dudit gaz.

Ledit système peut comprendre une pluralité de moyens de stockage de liquide (500, 501 , 502) pour stocker ledit liquide en sortie desdits moyens de séparation de gaz et de liquide (400, 401 , 402), et lesdits moyens d’introduction (600, 601 , 602) peuvent introduire ledit liquide desdits moyens de stockage de liquide (500, 501 , 502).

Dans un mode de réalisation, 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 (3) étant utilisé dans l’étage de détente (4) correspondant.

Ladite ligne de compression (1) et ladite ligne de détente (2) peuvent comporter respectivement trois étages.

Au moins un étage de compression (3) peut comprendre un moyen de refroidissement (300, 301 , 302) en aval du moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202), dans le sens de circulation dudit gaz, de préférence, ledit moyen de refroidissement (300, 301 , 302) comprenant un aéro-réfrigérant ou des échangeurs de chaleur échangeant avec un fluide caloporteur.

Le système peut comprendre un deuxième cycle de Rankine comprenant une turbine de détente (704), un condenseur (802), une pompe (901) et un évaporateur (803), et des conduites configurées pour faire circuler un fluide de travail s’adaptant aux températures mises en jeu dans ledit deuxième cycle de Rankine, ledit deuxième cycle de Rankine étant agencé entre deux moyens de stockage de liquide (503) et (504), ledit moyen de stockage liquide (503) collectant les flux de sortie du fluide caloporteur desdits moyens de refroidissement et ledit moyen de stockage liquide (504) distribuant les flux d’entrée du fluide caloporteur desdits moyens de refroidissement, la source chaude dudit deuxième cycle de Rankine étant le fluide caloporteur issu desdits moyens de refroidissement (300, 301 , 302) stocké dans le moyen de stockage de liquide (503) et la source froide dudit deuxième cycle étant un flux externe de liquide de refroidissement, de préférence de l’eau (49). Le fluide de travail dudit ou desdits cycle(s) de Rankine peut être choisi parmi le propane, le butane ou tout autre fluide réfrigérant s’adaptant aux températures mises en jeu dans ledit cycle de Rankine.

L’invention concerne également un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant au moins les étapes suivantes :

- En phase de stockage d’énergie : a) on comprime successivement au moins une fois un gaz dans une ligne de compression (1) comprenant au moins un étage de compression (3), chaque étage de compression (3) comprenant au moins un moyen de compression (100, 101 , 102) ; 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 (200, 201 , 202) ; c) on stocke ledit gaz comprimé refroidi dans au moins un moyen de stockage de gaz comprimé (1000) ;

- En phase de récupération d’énergie : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) dans une ligne de détente (2) comprenant au moins un étage de détente (4), et dans chaque étage de détente (4), on réchauffe le gaz comprimé en le faisant circuler dans un desdits moyens de stockage et de récupération de la chaleur (200, 201 , 202) grâce à la chaleur stockée lors de l’étape de compression puis on détend le gaz comprimé réchauffé dans un moyen de détente (700, 701 , 702) ; e) on produit une quantité supplémentaire d’énergie à la détente, au moyen d’au moins un cycle de Rankine comportant une turbine de détente (703), un condenseur (800), une pompe (900) et un évaporateur (801 ), le flux de gaz sortant de la turbine basse pression (702) étant utilisé comme source chaude au sein de l’évaporateur (801) pour évaporer le fluide de travail dudit cycle de Rankine avant sa détente dans la turbine de détente (703) et le flux composé de gaz comprimé en sortie du moyen de stockage de gaz comprimé (1000) ou le flux composé de gaz comprimé et de liquide issu du mélangeur (600) étant utilisé comme source froide au sein du condenseur (800) pour condenser le fluide de travail dudit cycle de Rankine avant sa compression dans la pompe (900).

Avantageusement, on stocke la chaleur dans des particules de stockage de la chaleur, Après chaque étape de compression, on peut séparer ledit gaz et un liquide présent dans ledit gaz.

On peut stocker ledit liquide séparé, et ledit liquide introduit dans ledit gaz comprimé est ledit liquide stocké.

On peut réaliser 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 correspondante. Dans un mode de réalisation, 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 (300, 301 , 302) avant que le gaz ne soit envoyé dans l’étape de compression suivante ou dans le moyen de stockage de gaz comprimé (1000).

Dans une variante de ce mode de réalisation, on peut produire une quantité supplémentaire d’énergie à la détente au moyen d’un deuxième cycle de Rankine comportant une turbine de détente (704), un condenseur (802), une pompe (901) et un évaporateur (803), agencé entre un moyen de stockage liquide (503) permettant de collecter le fluide caloporteur chaud en sortie desdits moyens de refroidissement (300, 301 , 302) et un moyen de stockage liquide (504) permettant d’alimenter en fluide caloporteur froid lesdits moyens de refroidissement (300, 301 , 302), le flux de fluide caloporteur chaud issu desdits moyens de refroidissement (300, 301 , 302) étant utilisé comme source chaude au sein de l’évaporateur (803) pour évaporer le fluide de travail dudit cycle de Rankine avant sa détente dans la turbine de détente (704) ; un flux externe de liquide de refroidissement (49), de préférence de l’eau, étant utilisé comme source froide au sein du condenseur (802) pour condenser le fluide de travail dudit deuxième cycle de Rankine avant sa compression dans la pompe (901) ; et le flux de fluide caloporteur refroidi sortant de l’évaporateur (803) étant stocké dans ledit moyen de stockage liquide (504).

D’autres caractéristiques et avantages du système et 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.

Liste des figures

La figure 1 illustre le fonctionnement général d’un cycle de Rankine tel que mis en oeuvre dans le système et le procédé selon l’invention.

La figure 2 illustre un système et un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé adiabatiques, sans cycle de Rankine.

La figure 3 illustre un système et un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé incluant un cycle de Rankine selon l’invention, dans ses différentes variantes. La figure 4 illustre un système et procédé de stockage et récupération d’énergie par gaz comprimé dans un mode de réalisation incluant un deuxième cycle de Rankine situé entre les entrées et sorties en fluide caloporteur des moyens de refroidissement.

Description des modes de réalisation

La présente invention concerne un système et un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé, mettant en oeuvre au moins un cycle de Rankine, de préférence un Cycle de Rankine Organique (ORC).

Dans la présente invention les termes « amont », « aval », « en entrée », « en sortie », « avant », « après » sont définis par le sens de circulation du gaz, respectivement pendant la phase de stockage d’énergie (phase de compression), et pendant la phase de récupération d’énergie (phase de détente).

Le cycle de Rankine est un cycle thermodynamique qui permet notamment de convertir de la chaleur en une autre énergie, par exemple une énergie électrique ou une énergie mécanique. Un cycle de Rankine (Figure 1 ) est un cycle dans lequel un fluide de travail circulant dans un circuit fermé CF est soumis successivement aux étapes suivantes :

- vaporisation, par exemple au moyen d’un échangeur dit évaporateur (801 ) avec une source chaude C,

- détente, par un moyen de détente du fluide de travail, par exemple une turbine (703), qui convertit l’énergie thermique en énergie mécanique, voire en énergie électrique,

- condensation, par exemple au moyen d’un échangeur dit condenseur (800) qui échange des frigories avec une source froide F, et

- compression et mise en circulation, par exemple au moyen d’une pompe (900).

Le circuit fermé fonctionnant selon le cycle de Rankine comprend en outre des conduits pour relier les différents composants du circuit fermé. Le fluide de travail peut être tout fluide réfrigérant s’adaptant aux températures mises en jeu dans le cycle de Rankine. On entend par Cycle de Rankine Organique (ORC) un Cycle de Rankine dans lequel le fluide de travail est un composé organique, par exemple du propane, du butane, ou tout autre fluide réfrigérant organique s’adaptant aux températures mises en jeu dans le Cycle de Rankine Organique.

Le système selon l’invention comprend :

- une ligne de compression (on appelle « ligne de compression », la ligne de gaz allant de l’entrée de gaz jusqu’au moyen de stockage de gaz comprimé passant par au moins un moyen de compression), avec au moins un étage de compression (lesdits étages successifs étant en série lorsqu’il y en a plusieurs), chaque étage de compression comprend : - un moyen de compression du gaz (compresseur), permettant d’augmenter la pression du gaz, en vue de son stockage, les moyens de compression peuvent être des compresseurs axiaux, centrifuges, ou de toute autre technologie,

- un moyen de stockage et de récupération de la chaleur agencé en aval du moyen de compression, afin de stocker la chaleur générée par la compression, et de diminuer la température du gaz avant l’étage de compression suivant ou avant le moyen de stockage de gaz comprimé,

- au moins un moyen de stockage du gaz comprimé, pour stocker le gaz comprimé en sortie de la ligne de compression afin de le réutiliser ultérieurement, le moyen de stockage du gaz comprimé pouvant être une cavité naturelle telle qu’une cavité saline, une ancienne mine ou un aquifère ou encore un stockage artificiel ;

-une ligne de détente de gaz (on appelle « ligne de détente », la ligne de gaz allant du moyen de stockage du gaz comprimé à la sortie du gaz en passant par au moins un moyen de détente) avec au moins un étage de détente (les étages successifs étant en série lorsqu’il y en a plusieurs), chaque étage de détente comprend au moins un moyen de détente du gaz comprimé pour générer une énergie, par exemple une turbine pouvant être couplée à un alternateur, des conduites pour faire circuler le gaz dans un des moyens de stockage de la ligne de compression, de manière à récupérer la chaleur stockée et d’augmenter la température du gaz pour augmenter l’énergie produite dans le moyen de détente.

- au moins un cycle de Rankine agencé en parallèle de la ligne de détente afin de valoriser la chaleur fatale issue de la détente et de produire de l’énergie supplémentaire.

Selon l’invention, les moyens de stockage et de récupération de la chaleur comprennent avantageusement des particules de stockage de la chaleur. Ainsi, l’échange de chaleur est réalisé par échange direct entre le gaz et un matériau, le matériau restant dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur. En d’autres termes, il n’y pas de circulation des particules de stockage de la chaleur. Par conséquent, il n’est pas nécessaire d’avoir un système dédié qui comporte des réservoirs de stockage d’un fluide caloporteur, des moyens de pompage, et des conduites dédiées. Par exemple, le matériau peut être des pierres, du béton, des graviers, des billes de matériau à changement de phase (MCP) éventuellement encapsulés, de préférence avec un changement de phase solide-liquide, zéolites, ou tout matériau analogue permettant l’échange et le stockage de chaleur aux températures mises en jeu par le gaz comprimé (de préférence l’air).

De plus, chaque étage de détente peut comporter un moyen d’introduction d’un liquide. Le moyen d’introduction du liquide permet le mélange entre le gaz de la ligne de détente et le liquide. Ainsi, grâce à l’injection du liquide (par exemple de l’eau), le débit de gaz peut être augmenté dans chaque étage de détente, ce qui permet d’augmenter le rendement du système et du procédé. Les moyens d’introduction et de mélange du liquide sont prévus dans la ligne de détente en amont des moyens de stockage de chaleur, de cette manière, le mélange gaz et liquide (de préférence air et eau) réinjecté est réchauffé dans le moyen de stockage de la chaleur, ce qui permet de vaporiser le liquide, et de cette manière seul un gaz est conduit dans le moyen de détente.

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.

Selon un aspect de l’invention, le liquide est de l’eau. Il peut s’agir notamment de l’humidité présente dans le gaz, en particulier quand le gaz est de l’air issu du milieu ambiant. En variante, il peut comporter d’autres liquides.

De plus, au moins un étage de compression peut comprendre un moyen de refroidissement. Ce moyen de refroidissement peut être agencé en aval du moyen de stockage et de récupération de la chaleur. Ce moyen de refroidissement permet de refroidir de manière plus importante le gaz, ce qui permet de réduire les dimensions des moyens de stockage et de récupération de la chaleur. Ces moyens de refroidissement de chaleur peuvent être des aéro-réfrigérants ou des échangeurs de chaleur (tubes/calandre, à plaques, spiralés ou autres technologies adaptées) échangeant avec un fluide caloporteur pouvant être de l’eau, du propane, du butane ou tout autre réfrigérant adapté au refroidissement nécessaire. Les moyens de refroidissement peuvent être adaptés à la pression de l’air entrant et échangeant avec chacun d’entre eux.

Selon un mode de réalisation, chaque étage de compression peut comprendre un moyen de séparation gaz/liquide, qui permet d’extraire le liquide présent dans le gaz, notamment en raison de la condensation de l’eau présente dans le gaz, et permettant d’éliminer les traces de liquide qui pourraient être contenues dans le gaz après son refroidissement et qui pourraient endommager le système, notamment les moyens de compression.

Dans ce mode de réalisation, le moyen de séparation gaz/liquide peut être agencé en aval du moyen de refroidissement. De cette manière, il est possible d’extraire le liquide formé par condensation dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur ainsi que dans le moyen de refroidissement.

De plus, le système peut comprendre des moyens de stockage de liquide, afin de stocker le liquide extrait de la ligne de compression. Par exemple, il peut être prévu un moyen de stockage de liquide par étage de compression (donc par moyen de séparation gaz liquide). Ainsi, on peut stocker le liquide à différentes pressions. De manière avantageuse, les moyens d’introduction du liquide peuvent permettre l’introduction du liquide sortant du moyen de stockage de liquide, rendant ainsi possible l’utilisation de liquide récupéré de condensation, dans la ligne de compression. Selon un mode de réalisation de l’invention, le moyen de séparation gaz/liquide peut être agencé en aval du moyen de stockage et de récupération de la chaleur ou en aval du moyen de refroidissement. De cette manière, il est possible d’extraire le liquide formé par condensation dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur.

Alternativement, le moyen de séparation gaz/liquide peut être agencé en amont du moyen de compression, ou entre le moyen de compression et le moyen de stockage et de récupération de la chaleur.

Avantageusement, la ligne de compression et la ligne de détente peuvent comprendre autant d’étages. 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, et ce qui permet notamment une réinjection du liquide dans un étage de détente qui correspond à l’étage de compression en termes de pression. Ainsi, le système et le procédé sont simplifiés.

Pour ce mode de réalisation, le nombre d’étages de compression et de détente peut être compris entre deux et six, préférentiellement compris entre trois et cinq. Par exemple, le nombre d’étages de compression et de détente peut valoir trois, ce qui permet une bonne gestion des températures et des pressions, tout en conservant une conception simple.

En variante, le nombre d’étages de compression et le nombre d’étages de détente peuvent être différents. Pour cette réalisation, il peut être prévu de mutualiser au moins une partie des moyens de stockage et de récupération de la chaleur, ainsi qu’au moins une partie des moyens d’introduction du liquide.

La ligne de détente comporte selon l’invention au moins un moyen de valorisation de chaleur complémentaire et de production d’énergie supplémentaire, sous forme d’un cycle de Rankine agencé en parallèle de ladite ligne de détente, ledit cycle de Rankine mettant en oeuvre deux moyens d’échange de chaleur : un moyen pour réchauffer, dans lequel la chaleur du gaz en sortie de la ligne de détente échange avec le fluide de travail dudit cycle de Rankine, et un moyen pour refroidir, dans lequel le gaz en sortie du stockage d’air échange avec le fluide de travail dudit cycle de Rankine.

Ledit au moins un cycle de Rankine est agencé dans un étage de détente compris entre le premier et le dernier étage de détente. Autrement dit, le moyen pour refroidir le fluide de travail est agencé dans un étage de détente compris entre le premier et le dernier étage de détente. On appelle « premier étage de détente », le premier étage de détente traversé par le gaz dans la ligne de détente. En d’autres termes, le premier étage de détente est voisin du moyen de stockage de gaz comprimé. Ainsi, la chaleur du gaz en sortie de la ligne de détente est utilisée pour réchauffer le fluide de travail du cycle de Rankine. De préférence, le moyen pour refroidir le fluide de travail peut être agencé dans le premier étage de détente.

Dans un mode de réalisation, le système selon l’invention peut comprendre un deuxième cycle de Rankine agencé entre les entrées et sorties en fluide caloporteur des moyens de refroidissement, plus précisément entre au moins un moyen de stockage de liquide collectant les flux de fluide caloporteur en sortie desdits moyens de refroidissement et au moins un moyen de stockage liquide distribuant les flux de fluide caloporteur en entrée desdits moyens de refroidissement. Ledit deuxième cycle de Rankine comprend une turbine de détente, un condenseur, une pompe, et un évaporateur, et des conduites configurées pour faire circuler un fluide de travail s’adaptant aux températures mises en jeu dans ledit deuxième cycle de Rankine. Ainsi, il est possible de récupérer de l’énergie supplémentaire du système et du procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé.

La source chaude dudit deuxième cycle de Rankine est le fluide caloporteur chaud issu desdits moyens de refroidissement et la source froide dudit deuxième cycle de Rankine est un flux externe de liquide de refroidissement, de préférence de l’eau.

Le fluide de travail peut être identique ou différent pour chacun des cycles de Rankine.

En outre, l’invention concerne un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé.

Le procédé selon l’invention met en oeuvre les étapes suivantes :

- En phase de stockage d’énergie (phase de compression) : a) on comprime successivement 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 en sortie de la ligne de compression dans un moyen de stockage de gaz comprimé ;

- En phase de récupération d’énergie (phase de détente) : d) on fait circuler le gaz comprimé sortant du moyen de stockage de gaz comprimé dans une ligne de détente comprenant au moins un étage 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 ; e) on produit une quantité supplémentaire d’énergie (par exemple électrique, hydraulique ou pneumatique) à la détente, au moyen d’un cycle de Rankine, le flux de gaz sortant de la turbine étant utilisé comme source chaude au sein d’un évaporateur pour évaporer le fluide de travail dudit cycle de Rankine avant sa détente dans une turbine de détente et le flux composé de gaz comprimé en sortie du moyen de stockage de gaz comprimé ou le flux composé de gaz comprimé et de liquide issu d’un mélangeur gaz-liquide étant utilisé comme source froide au sein d’un condenseur pour condenser le fluide de travail dudit cycle de Rankine avant sa compression dans la pompe.

La mise en oeuvre du cycle de Rankine dans le procédé selon l’invention permet également de valoriser une partie de la chaleur fatale de la détente, qui serait perdue.

De plus, selon l’invention, de manière avantageuse, on stocke et on récupère la chaleur dans des particules de stockage de la chaleur. En d’autres termes, les moyens de stockage et de récupération de la chaleur comprennent avantageusement des particules de stockage de la chaleur. Ainsi, l’échange de chaleur est réalisé par échange direct entre le gaz et un matériau, le matériau restant dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur. En d’autres termes, il n’y pas de circulation des particules de stockage de la chaleur. Par conséquent, il n’est pas nécessaire d’avoir un système dédié qui comporte des réservoirs de stockage d’un fluide caloporteur, des moyens de pompage, et des conduites dédiées. Par exemple, le matériau peut être des pierres, du béton, des graviers, des billes de matériau à changement de phase (MCP), zéolites, ou tout matériau analogue.

De plus, avant chaque étape de détente, on peut introduire et mélanger un liquide dans le gaz comprimé avant l’étape de réchauffage du gaz. Dans ce but, chaque étage de détente peut comporter un moyen d’introduction et de mélange du liquide, rendant ainsi possible l’utilisation du liquide récupéré de condensation, dans la ligne de compression. Ainsi, grâce à l’injection de liquide, le débit de gaz est augmenté dans chaque étage de détente, ce qui permet d’augmenter le rendement du système et du procédé. Les moyens d’introduction et de mélange du liquide sont prévus dans la ligne de détente en amont des moyens de stockage de chaleur, de cette manière, le mélange gaz et liquide injecté est réchauffé dans le moyen de stockage de la chaleur, ce qui permet de vaporiser le liquide, et de cette manière seul un gaz est conduit dans le moyen de détente.

De préférence, le procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé peut mettre en oeuvre le système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé selon l’une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes telles que décrites ci-dessus.

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.

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. Selon un mode de réalisation de l’invention, après chaque étape de compression, on peut séparer le gaz et un liquide présent dans le gaz.

En outre, le procédé peut comprendre une étape de stockage de liquide, afin de stocker le liquide extrait de la ligne de compression. Par exemple, il peut être prévu un moyen de stockage de liquide par étape de compression (donc par étape de séparation gaz liquide). Ainsi, on peut stocker le liquide à différentes pressions. De manière avantageuse, le liquide introduit dans le gaz est le liquide issu de l’étape de stockage, rendant ainsi possible l’utilisation de liquide récupéré de condensation, dans la ligne de compression.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape de séparation gaz/liquide peut être réalisée après l’étape de stockage de la chaleur. De cette manière, il est possible d’extraire le liquide formé par condensation dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur.

Avantageusement, on peut réaliser autant d’étapes de compression que d’étapes de détente. Dans ce cas, la ligne de compression et la ligne de détente peuvent comprendre autant d’étages. En d’autres termes, le nombre d’étapes de compression et le nombre d’étapes 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, et ce qui permet une réinjection du liquide dans un étage de détente qui correspond à l’étage de compression correspondant. Ainsi, le système et le procédé sont simplifiés.

Pour ce mode de réalisation, le nombre d’étapes de compression et de détente peut être compris entre un et six, préférentiellement compris entre trois et cinq. Par exemple, le nombre d’étapes de compression et de détente peut valoir trois, ce qui permet une bonne gestion des températures et des pressions, tout en conservant une conception simple.

En variante, le nombre d’étapes de compression et le nombre d’étages de détente peuvent être différents. Pour cette réalisation, il peut être prévu de mutualiser au moins une partie des moyens de stockage et de récupération de la chaleur, ainsi qu’au moins une partie des moyens d’introduction du liquide.

De plus, la phase de stockage d’énergie peut comprendre au moins une étape de refroidissement dans un des étages de compression. Cette étape de refroidissement peut être réalisée après l’étape de stockage de la chaleur par un moyen de refroidissement. Cette étape de refroidissement permet de refroidir de manière plus importante le gaz, ce qui permet de réduire les dimensions des moyens de stockage et de récupération de la chaleur. Ces moyens de refroidissement peuvent être des aéro-réfrigérants ou des échangeurs de chaleur (tubes/calandre, à plaques, spiralés ou autres technologies adaptées) échangeant avec un fluide caloporteur pouvant être de l’eau, du propane, du butane ou tout autre réfrigérant adapté au refroidissement nécessaire. Les moyens de refroidissement peuvent être adaptés à la pression de l’air entrant et échangeant avec chacun d’entre eux.

Pour ce mode de réalisation, l’étape de séparation gaz/liquide peut être réalisée après l’étape de refroidissement. De cette manière, il est possible d’extraire le liquide formé par condensation dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur ainsi que dans l’étape de refroidissement.

Selon l’invention, la phase de récupération d’énergie comporte au moins deux étapes d’échange de chaleur complémentaire, une première entre le gaz en sortie de la ligne de détente et le fluide de travail dudit au moins un cycle de Rankine et une deuxième entre le gaz comprimé et le fluide de travail du cycle de Rankine.

Ainsi, dans ledit au moins un cycle de Rankine, le gaz chaud en sortie de la ligne de détente joue le rôle de source chaude, alors que le gaz comprimé dans la ligne de détente, éventuellement en mélange avec un liquide (par exemple du liquide condensé pendant la phase de compression), joue le rôle de la source froide. De cette manière, on peut récupérer de l’énergie thermique perdue, et ainsi valoriser la chaleur fatale issue du procédé afin d’en améliorer le rendement. Plus précisément, en sortie de turbine de la ligne de détente, le gaz chaud en sortie de la ligne de détente est envoyé à un premier échangeur de chaleur (évaporateur) afin de vaporiser le fluide de travail du cycle de Rankine. Une fois vaporisé, le fluide de travail est envoyé à la turbine de détente du cycle de Rankine qui va produire de l’énergie supplémentaire (par exemple électrique, pneumatique ou hydraulique) à celle produite par la ligne de détente du gaz comprimé, via un alternateur pour l’exemple de l’énergie électrique. En sortie de turbine de détente du cycle de Rankine, le fluide de travail a vu sa pression diminuer ainsi que sa température, mais reste majoritairement sous forme vapeur. Le fluide de travail est envoyé à un deuxième échangeur de chaleur (condenseur) du cycle de Rankine afin d’y être condensé. Une fois condensé, le fluide de travail est envoyé à la pompe du cycle de Rankine afin d’augmenter sa pression.

Selon une variante du mode de réalisation de l’invention dans lequel un ou plusieurs moyens de refroidissement sont présents dans la ligne de compression, il est possible d’intégrer dans le système selon l’invention un deuxième Cycle de Rankine, dans lequel la source chaude est le fluide caloporteur, de préférence de l’eau, issu du ou des moyens de refroidissement, et dont la source froide est un flux de liquide de refroidissement externe, de préférence de l’eau de refroidissement, par exemple issue de rivière, du réseau ou toute autre source d’eau froide.

Description des figures

La figure 1 précédemment décrite illustre le fonctionnement d’un cycle de Rankine. La figure 2 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système et un procédé ACAES classique de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé (en l’occurrence l’air).

Les flux et étapes sont détaillés ci-dessous respectivement pour la phase de stockage d’électricité et pour la phase de production d’électricité, dans le cas où le gaz est de l’air humide.

Phase de stockage de l’électricité

L’air humide à pression atmosphérique issu du milieu extérieur (10) est comprimé via un premier moyen de compression basse pression (100) ce qui augmente la température de flux en sortie de compression (11) à une température comprise entre 200°C et 400°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur (à contact direct basse pression (200) jusqu’à atteindre une température en sortie (12) entre 100°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200). L’air peut alors être envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (300) pour atteindre par exemple une température en sortie (13) inférieure ou égale à 50°C. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (14) peut alors être séparée du flux d’air (15) dans un séparateur gaz-liquide (400) opérant à la pression et température du flux d’entrée (13) et envoyée dans un bac de stockage (500). L’air séparé de l’eau condensé (15) est comprimé via un deuxième compresseur moyenne pression (101 ) jusqu’à atteindre une température en sortie de compression (16) entre 200°C et 400°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct moyenne pression (201) jusqu’à atteindre une température en sortie (17) entre 100°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201). L’air peut alors être envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (301 ) pour atteindre une température en sortie (18) inférieure ou égale à 50°C. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (19) peut alors être séparée du flux d’air (20) dans un séparateur gaz- liquide (401 ) opérant à la pression et température du flux d’entrée (18) et envoyée dans un bac de stockage (501). L’air séparé de l’eau condensé (20) est comprimé via un troisième compresseur haute pression (102) jusqu’à atteindre une température en sortie de compression (21) entre 200°C et 400°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct haute pression (202) jusqu’à atteindre une température en sortie (22) entre 100°C et 50°C, de préférence entre 80°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202). L’air peut alors être envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (302) pour atteindre une température en sortie (23) inférieure ou égale à la température de stockage de l’air. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (24) peut alors être séparée du flux d’air (25) dans un séparateur gaz-liquide (402) opérant à la pression et température du flux d’entrée (23) et envoyée dans un bac de stockage (502). Le flux d’air comprimé (25) est envoyé au moyen de stockage d’air comprimé (1000).

Phase de production d’électricité

L’air comprimé (26) est extrait du moyen de stockage d’air comprimé (1000) et peut être mélangé via un système (600) à un flux d’eau condensée (27) provenant du stockage haute pression (502). Le débit du flux (27) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux d’air comprimé (26), éventuellement en mélange avec le flux d’eau condensée (27), est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct haute pression (202) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C. L’eau condensée (27) est vaporisée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202). Le flux d’air chaud (29) est détendu dans la turbine haute pression (700) qui va produire de l’électricité via un alternateur. En sortie de turbine, la pression de l’air a diminué ainsi que sa température. L’air comprimé (30) peut alors être mélangé via un système (601 ) à un flux d’eau condensée (31 ) provenant du stockage moyenne pression (501 ). Le débit du flux (31 ) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux d’air comprimé, éventuellement en mélange avec l’eau condensée (32) est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct moyenne pression (201 ) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C. L’eau condensée (31 ) est totalement vaporisée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201 ). Le flux d’air chaud (33) est détendu dans la turbine moyenne pression (701 ) qui va produire de l’électricité via un alternateur. En sortie de turbine, la pression de l’air a encore diminué ainsi que sa température. L’air comprimé (34) peut être mélangé via un système (602) à un flux d’eau condensée (35) provenant du stockage basse pression (500). Le débit du flux (35) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux d’air ou d’air et eau condensée mélangé (36) est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct basse pression (200) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C. L’eau condensée (35) est totalement vaporisée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200). Le flux d’air chaud (37) est détendu dans la turbine basse pression (702) qui va produire de l’électricité via un alternateur.

En sortie de turbine, le flux d’air (38), à pression atmosphérique et à une température entre 30°C et 100°C, est rejeté à l’atmosphère. La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un système et un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé (en l’occurrence l’air) selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Les flux et étapes sont détaillés ci-dessous respectivement pour la phase de stockage d’électricité et pour la phase de production d’électricité, dans le cas où le gaz est de l’air humide.

Phase de stockage de l’électricité

L’air humide à pression atmosphérique issu du milieu extérieur (10) est comprimé via un premier moyen de compression basse pression (100) jusqu’à atteindre une température de flux en sortie de compression (11) entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct basse pression (200) jusqu’à atteindre une température en sortie (12) entre 100°C et 50°C, de préférence entre 80°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200). L’air est alors envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (300) pour atteindre une température en sortie (13) inférieure ou égale à 50°C. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (14) est alors séparée du flux d’air (15) dans un séparateur gaz-liquide (400) opérant à la pression et température du flux d’entrée (13) et envoyée dans un bac de stockage (500). L’air séparé de l’eau condensé (15) est comprimé via un deuxième compresseur moyenne pression (101) jusqu’à atteindre une température en sortie de compression (16) entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct moyenne pression (201) jusqu’à atteindre une température en sortie (17) entre 100°C et 50°C, de préférence entre 80°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201 ). L’air est alors envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (301) pour atteindre une température en sortie (18) inférieure ou égale à 50°C. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (19) est alors séparée du flux d’air (20) dans un séparateur gaz-liquide (401 ) opérant à la pression et température du flux d’entrée (18) et envoyée dans un bac de stockage (501 ). L’air séparé de l’eau condensé (20) est comprimé via un troisième compresseur haute pression (102) jusqu’à atteindre une température en sortie de compression (21) entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’air est alors refroidi dans un moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct haute pression (202) jusqu’à atteindre une température en sortie (22) entre 100°C et 50°C, de préférence entre 80°C et 50°C. La chaleur échangée est stockée directement dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202). L’air est alors envoyé dans un moyen de refroidissement supplémentaire (302) pour atteindre une température en sortie (23) inférieure ou égale à la température de stockage de l’air. Une partie de l’humidité de l’air se condense lors du refroidissement sous pression. L’eau condensée (24) est alors séparée du flux d’air (25) dans un séparateur gaz-liquide (402) opérant à la pression et température du flux d’entrée (23) et envoyée dans un bac de stockage (502). Le flux d’air comprimé (25) est envoyé au moyen de stockage d’air comprimé (1000).

Phase de production d’électricité

L’air comprimé (26) est extrait du moyen de stockage d’air comprimé (1000) et est mélangé via un système (600) à un flux d’eau condensée (27) provenant du stockage de liquide haute pression (502). Le débit du flux (27) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux air et eau condensée mélangé (28) est réchauffé dans l’échangeur de chaleur (800) par le fluide de travail du Cycle de Rankine Organique (11 ’). Le flux (29) réchauffé est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct haute pression (202) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’eau condensée (27) est totalement vaporisée dans l’échangeur (800) et/ou dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (202). Le flux d’air chaud (30) est détendu dans la turbine haute pression (700) qui va produire de l’électricité via un alternateur. En sortie de turbine, la pression de l’air a diminué ainsi que sa température. L’air comprimé (31) est alors mélangé via un système (601 ) à un flux d’eau condensée (32) provenant du stockage moyenne pression (501). Le débit du flux (32) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux air et eau condensée mélangé (33) est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct moyenne pression (201) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’eau condensée (32) est totalement vaporisée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (201 ). Le flux d’air chaud (34) est détendu dans la turbine moyenne pression (701 ) qui va produire de l’électricité via un alternateur. En sortie de turbine, la pression de l’air a encore diminué ainsi que sa température. L’air comprimé (35) est mélangé via un système (602) à un flux d’eau condensée (36) provenant du stockage basse pression (500). Le débit du flux (36) est optimisé afin qu’il soit constant tout au long de la phase de production d’électricité. Le flux air et eau condensée mélangé (37) est envoyé au moyen de stockage et de récupération de la chaleur à contact direct basse pression (200) de façon à être réchauffé entre 200°C et 400°C, de préférence entre 250°C et 350°C. L’eau condensée (36) est totalement vaporisée dans le moyen de stockage et de récupération de la chaleur (200). Le flux d’air chaud (38) est détendu dans la turbine basse pression (702) qui va produire de l’électricité via un alternateur. En sortie de turbine, le flux d’air (39), à pression atmosphérique et à une température entre 30°C et 100°C, est envoyé à l’échangeur de chaleur (801) afin de vaporiser le flux de fluide de travail (13’) du cycle de Rankine. Une fois vaporisé, le flux de fluide de travail (10’) est envoyé à la turbine de détente (703) qui va produire de l’électricité supplémentaire à celle produite par les étages de détente, via un alternateur. En sortie de turbine (703), le flux de fluide de travail (11 ’) a vu sa pression diminuer ainsi que sa température, mais reste sous forme vapeur. Le flux de fluide de travail (11 ’) est envoyé à l’échangeur de chaleur (800) afin d’y être condensé. Une fois condensé, le flux de fluide de travail (12’) est envoyé à la pompe (900) afin d’augmenter sa pression. Le flux (40) est rejeté à l’atmosphère.

L’intégration d’un cycle de Rankine dans lequel la source chaude est la sortie de la turbine basse pression et la source froide est la sortie du stockage d’air comprimé, dans la phase de détente du procédé de stockage d’air comprimé adiabatique, permet de valoriser la chaleur fatale du procédé (production supplémentaire de 0,48 MW) tout en augmentant le rendement, qui passe de 70,4% à 70,6%.

La figure 4 illustre le mode de réalisation de l’invention dans lequel un deuxième cycle de Rankine est prévu. Le mode de réalisation de la figure 4 diffère du mode de réalisation de la figure 3 uniquement par l’ajout d’un deuxième cycle de Rankine, c’est pourquoi, seul ce deuxième cycle de Rankine est décrit. Le deuxième cycle de Rankine est agencé entre les sorties du fluide caloporteur des moyens de refroidissement (300, 301 , 302) et les entrées du fluide caloporteur des moyens de refroidissement (300, 301 , 302), la source chaude étant l’eau (fluide caloporteur) issue des moyens de refroidissement (300, 301 , 302) et collectée dans un moyen de stockage d’eau à une pression entre 4 et 100 bar (entre 0,4 et 10 MPa), de préférence à la pression du premier étage de compression (503) et la source froide étant de l’eau de refroidissement (49), par exemple issue de rivière, du réseau ou toute autre source d’eau froide. En sortie du moyen de stockage (503), le flux d’eau (44), à une température entre 50°C et 100° C, est envoyé à l’échangeur de chaleur, dit évaporateur (803) afin de vaporiser le flux de fluide de travail (16’) dudit deuxième cycle de Rankine. Une fois vaporisé, le flux de fluide de travail (14’) est envoyé à la turbine de détente (704) qui va produire de l’électricité supplémentaire, via un alternateur. En sortie de turbine (704), le flux de fluide de travail (15’) a vu sa pression diminuer ainsi que sa température mais reste sous forme vapeur. Le flux de fluide de travail (15’) est envoyé à l’échangeur de chaleur, dit condenseur (802) alimenté par la source froide afin d’y être condensé. Une fois condensé, le flux de fluide de travail (16’) est envoyé à la pompe (901) afin d’augmenter sa pression. Le flux (45) d’eau refroidie est envoyé vers un moyen de stockage (504), qui réalimente les moyens de refroidissement (300, 301 , 302). Le flux d’eau réchauffé (50) entre 30°C et 40°C sort du procédé et peut être restitué au milieu extérieur. Comme il va de soi, l’invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation du système et du procédé décrits ci-dessus à titre d’exemple, elle embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. En particulier, pour les modes de réalisations des figures 3 et 4, les étapes de séparation eau/liquide, de stockage de liquide, d’injection de liquide, de refroidissement supplémentaire sont des étapes facultatives. De plus, sur ces figures, les lignes de compression et de détente comprennent chacune trois étages. Toutefois, d’autres modes de réalisation peuvent être envisagés, par exemple deux étages dans chaque ligne.

Exemples

Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture des exemples d’application ci-après.

Exemple 1 (selon l’invention) :

Cet exemple met en oeuvre le système et le procédé selon le mode de réalisation de l’invention avec réinjection d’eau illustré en figure 3, dans le mode de réalisation dans lequel l’eau condensée en phase de compression est stockée, puis réinjectée dans le flux d’air comprimé sortant du moyen de stockage d’air comprimé (1000) avant la phase de détente (Figure 3 avec les éléments en pointillés).

Pendant la phase de compression (1 ), un flux d’air extérieur (10), à une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 27°C et possédant une humidité de 14,6 g _e au/kg _a ir, est comprimé par un compresseur basse pression (100) d’où il sort (11 ) à une température de 255°C et une pression de 6 bar (0,6 MPa). Ce flux (11 ) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur basse pression (200) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 80°C (12) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (12) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (300) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (13). Le flux (13) 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 (300). Cette eau condensée (14) est séparée du flux d’air process (15) dans un séparateur gaz-liquide (400), opérant à la pression du flux (13), puis envoyée vers un stockage (500) sous une pression maintenue de 6 bar (0,6 MPa). Le flux (15), 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 flux (16) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur moyenne pression (201) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 82°C (17) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (17) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (301 ) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (18). Le flux (18) est alors composé d’air et d’eau, issue de l’humidité de l’air, condensée durant la phase de refroidissement en (201 ). Cette eau condensée (19) est séparée du flux d’air process (20) dans un séparateur gaz-liquide (401 ), opérant à la pression du flux (18), puis envoyée vers un stockage (501 ) sous une pression maintenue de 28 bar (2,8 MPa). Le flux (20), de nouveau totalement gazeux, est comprimé par un compresseur haute pression (102) d’où il ressort (21 ) à une température de 250°C et une pression de 117 bar (11 ,7 MPa). Le flux (21 ) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur haute pression (202) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 80°C (22) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (22) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (302) jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie (23), 30°C étant la température de stockage de l’air. Le flux (23) 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 (302). Cette eau condensée (24) est séparée du flux d’air process (25) dans un séparateur gaz- liquide (402), opérant à la pression du flux (23), puis envoyée vers un stockage (502) sous une pression maintenue de 1 17 bar (11 ,7 MPa).

Le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar (1 1 ,7 MPa) et une température de 30°C (25) est alors envoyé vers le moyen de stockage d’air comprimé (1000) en attendant la phase de déstockage (2).

Lorsque l’on veut produire de l’électricité, un flux d’eau condensée (27) provenant du stockage (502) à une pression de 1 17 bar (11 ,7 MPa) et une température de 30°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (26) sortant du moyen de stockage d’air comprimé (1000) via le mélangeur (600) pour former le flux (28). Le flux (28) est préchauffé dans un échangeur de chaleur (800) afin d’atteindre en sortie (29) une température de 35°C. Le flux (29) est alors réchauffé dans le stockage d’énergie thermique haute pression (202) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (30) atteigne une température de 240°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (30) est détendu dans la turbine haute pression (700) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie

(31 ) une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 85°C. Un flux d’eau condensée

(32) provenant du stockage (501 ) à une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (31 ) via le mélangeur (601 ) pour former le flux

(33). Le flux (33) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique moyenne pression (201 ) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (34) atteigne une température de 255°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (34) est détendu dans la turbine moyenne pression (701 ) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (35) une pression de 5 bar (0,5 MPa) et une température de 70°C. Un flux d’eau condensée (36) provenant du stockage (500) à une pression de 6 bar (0,6 MPa) et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (35) via le mélangeur (602) pour former le flux (37). Le flux (37) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique basse pression (200) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (38) atteigne une température de 245°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (38) est détendu dans la turbine basse pression (702) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (39) une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 80°C. Ce flux (39) est alors envoyé à l’échangeur de chaleur (801) permettant l’évaporation du fluide de travail dudit cycle de Rankine, ici, du propane (13’). Une fois le flux (10’) sous forme totalement gazeuse à une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 75°C, il est envoyé à la turbine de détente (703) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (11 ’) une pression de 13 bar (1 ,3 MPa). Ce flux (11 ’) est condensé totalement dans l’échangeur de chaleur (800) utilisé comme condenseur jusqu’à atteindre la température de 35°C au flux (12’). Ce flux (12’) est alors envoyé vers la pompe (900) afin d’augmenter sa pression et d’atteindre 28 bar (2,8 MPa) au flux (13’).

Tel que décrit ci-dessus, le rendement du procédé de stockage d’énergie est de 70,6% (par rapport à 69,6% pour l’AA-CAES classique sans réinjection d’eau et sans ORC et par rapport à 70,3% pour un AA-CAES avec réinjection d’eau, mais sans ORC, tels que décrits sur la Figure 2 non conforme à l’invention) pour une puissance consommée de 100,0 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 87,2 MWth et la puissance de refroidissement nécessaire est de 20,3 MWth. Le cycle de Rankine permet de produire 0,48 MW électrique supplémentaire par rapport à un procédé ACAES classique tel que décrit sur la Figure 2 (procédé AA-CAES avec réinjection d’eau en détente, mais sans ORC).

Exemple 2 (selon l’invention) :

L’exemple 2 met en oeuvre le système et le procédé selon le mode de réalisation de l’invention sans réinjection d’eau illustré en figure 3 (Figure 3, sans les éléments en pointillés). Dans cet exemple, l’eau condensée et séparée de l’air après refroidissement en phase de compression n’est pas réinjectée en phase de détente, mais est extraite définitivement du procédé.

Pendant la phase de compression (1 ), un flux d’air extérieur (10), à une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 27°C et possédant une humidité de 14,6 g _e au/kg _a ir, est comprimé par un compresseur basse pression (100) d’où il sort (11) à une température de 255°C et une pression de 6 bar (0,6 MPa). Ce flux (11 ) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur basse pression (200) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 90°C (12) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (12) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (300) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (13). Le flux (13) 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 (300). Cette eau condensée (14) est séparée du flux d’air process (15) dans un séparateur gaz-liquide (400), opérant à la pression du flux (13), puis extraite définitivement du procédé. Le flux (15), 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 flux (16) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur moyenne pression (201) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 100°C (17) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (17) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (301 ) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (18). Le flux (18) 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 (301). Cette eau condensée (19) est séparée du flux d’air process (20) dans un séparateur gaz-liquide (401), opérant à la pression du flux (18), puis extraite définitivement du procédé. Le flux (20), de nouveau totalement gazeux, est comprimé par un compresseur haute pression (102) d’où il ressort (21 ) à une température de 250°C et une pression de 117 bar (11 ,7 MPa). Le flux (21 ) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur haute pression (202) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 46°C (22) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (22) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement (302) jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie (23), 30°C étant la température de stockage de l’air. Le flux (23) 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 (302). Cette eau condensée (24) est séparée du flux d’air process (25) dans un séparateur gaz- liquide (402), opérant à la pression du flux (23), puis extraite définitivement du procédé.

Le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar (11 ,7 MPa) et une température de 30°C (25) est alors envoyé vers le moyen de stockage d’air comprimé (1000) en attendant la phase de déstockage (2).

Lorsque l’on veut produire de l’électricité, le flux d’air comprimé (26) sortant du moyen de stockage d’air comprimé (1000) est préchauffé dans un échangeur de chaleur (800) afin d’atteindre en sortie (29) une température de 35°C. Le flux (29) est alors réchauffé dans le stockage d’énergie thermique haute pression (202) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (30) atteigne une température de 240°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (30) est détendu dans la turbine haute pression (700) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (31 ) une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 85°C. Le flux d’air comprimé (31) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique moyenne pression (201 ) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (34) atteigne une température de 266°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (34) est détendu dans la turbine moyenne pression (701) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (35) une pression de 5 bar (0,5 MPa) et une température de 75°C. Le flux d’air comprimé (35) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique basse pression (200) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (38) atteigne une température de 245°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (38) est détendu dans la turbine basse pression (702) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (39) une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 82°C. Ce flux (39) est alors envoyé à l’échangeur de chaleur (801) utilisé comme évaporateur et permettant l’évaporation du fluide de travail dudit cycle de Rankine, ici, du propane (13’). Une fois le flux de fluide de travail (10’) sous forme totalement gazeuse à une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 75°C, il est envoyé à la turbine de détente (703) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (11 ’) une pression de 13 bar (1 ,3 MPa). Ce flux (11 ’) est condensé totalement dans l’échangeur de chaleur (800) utilisé comme condenseur jusqu’à atteindre la température de 35°C au flux (12’). Ce flux (12’) est alors envoyé vers la pompe (900) afin d’augmenter sa pression et d’atteindre 28 bar (2,8 MPa) au flux (13’).

Tel que décrit ci-dessus, le rendement du procédé de stockage d’énergie est de 70,0% (par rapport à 69,6% pour l’AA-CAES classique sans réinjection d’eau tel que décrit sur la Figure 2) pour une puissance consommée de 100,0 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 87,0 MWth et la puissance de refroidissement nécessaire est de 20,5 MWth. Le cycle de Rankine permet de produire 0,44 MW électrique supplémentaire par rapport à un procédé AACAES classique sans ORC.

Exemple 3 (selon l’invention) :

Cet exemple illustre le mode de réalisation du système et procédé selon l’invention dans lequel on met en oeuvre un deuxième cycle de Rankine entre les entrées et sorties en fluide caloporteur des moyens de refroidissement de la ligne de compression (Figure 4).

Pendant la phase de compression (1 ), un flux d’air extérieur (10), à une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 27°C et possédant une humidité de 14,6 g _e au/kg _a ir, est comprimé par un compresseur basse pression (100) d’où il sort (11 ) à une température de 255°C et une pression de 6 bar (0,6 MPa). Ce flux (11) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur basse pression (200) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 80°C (12) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (12) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement à eau (300) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (13). Le flux d’eau froide (46) issu du stockage (504) est alors réchauffé dans ledit moyen de refroidissement (300) pour former le flux (41) qui est stocké dans le stockage d’eau chaude (503). Le flux (13) 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 (300). Cette eau condensée (14) est séparée du flux d’air process (15) dans un séparateur gaz-liquide (400), opérant à la pression du flux (13), puis envoyée vers un stockage (500) sous une pression maintenue de 6 bar (0,6 MPa). Le flux (15), 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 flux (16) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur moyenne pression (201) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 82°C (17) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (17) est refroidi une nouvelle fois par le moyen de refroidissement à eau (301) jusqu’à atteindre une température de 50°C en sortie (18). Le flux d’eau froide (47) issu du stockage (504) est alors réchauffé dans le moyen de refroidissement (301) pour former le flux (42) qui est stocké dans le stockage d’eau chaude (503). Le flux (18) 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 (301). Cette eau condensée (19) est séparée du flux d’air process (20) dans un séparateur gaz-liquide (401 ), opérant à la pression du flux (18), puis envoyée vers un stockage (501 ) sous une pression maintenue de 28 bar (2,8 MPa). Le flux (20), de nouveau totalement gazeux, est comprimé par un compresseur haute pression (102) d’où il ressort (21) à une température de 250°C et une pression de 117 bar (11 ,7 MPa). Le flux (21) est envoyé vers un moyen de stockage et de récupération de chaleur haute pression (202) qui refroidit l’air jusqu’à une température de 45°C (22) et stocke cette énergie thermique jusqu’à la phase de détente (2). Le flux (22) est refroidi une nouvelle fois par l’échangeur à eau (302) jusqu’à atteindre une température de 30°C en sortie (23), 30°C étant la température de stockage de l’air. Le flux d’eau froide (48) issu du stockage (504) est alors réchauffé dans le moyen de refroidissement à eau (302) pour former le flux (43) qui est stocké dans le stockage d’eau chaude (503). Le flux (23) 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 (302). Cette eau condensée (24) est séparée du flux d’air process (25) dans un séparateur gaz-liquide (402), opérant à la pression du flux (23), puis envoyée vers un stockage (502) sous une pression maintenue de 117 bar (11 ,7 MPa).

Le flux d’air comprimé à une pression de 117 bar (11 ,7 MPa) et une température de 30°C (25) est alors envoyé vers le moyen de stockage d’air comprimé (1000) en attendant la phase de déstockage (2).

Lorsque l’on veut produire de l’électricité, un flux d’eau condensée (27) provenant du stockage (502) à une pression de 117 bar (11 ,7 MPa) et une température de 30°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (26) sortant du moyen de stockage d’air comprimé (1000) via le mélangeur (600) pour former le flux (28). Le flux (28) est préchauffé dans un échangeur de chaleur (800) afin d’atteindre en sortie (29) une température de 35°C. Le flux (29) est alors réchauffé dans le stockage d’énergie thermique haute pression (202) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (30) atteigne une température de 240°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (30) est détendu dans la turbine haute pression (700) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie

(31 ) une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 85°C. Un flux d’eau condensée

(32) provenant du stockage (501) à une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (31) via le mélangeur (601) pour former le flux

(33). Le flux (33) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique moyenne pression (201) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (34) atteigne une température de 255°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (34) est détendu dans la turbine moyenne pression (701 ) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (35) une pression de 5 bar (0,5 MPa) et une température de 70°C. Un flux d’eau condensée (36) provenant du stockage (500) à une pression de 6 bar (0,6 MPa) et une température de 50°C est réinjecté dans le flux d’air comprimé (35) via le mélangeur (602) pour former le flux (37). Le flux (37) est réchauffé dans le stockage d’énergie thermique basse pression (200) qui libère la chaleur stockée durant la phase de compression jusqu’à ce que le flux (38) atteigne une température de 245°C. Ce flux d’air chaud et comprimé (38) est détendu dans la turbine basse pression (702) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (39) une pression de 1 ,02 bar (0,102 MPa) et une température de 80°C. Ce flux (39) est alors envoyé à l’échangeur de chaleur (évaporateur) (801) permettant l’évaporation du fluide de travail dudit cycle de Rankine 1 , ici, du propane (13’). Une fois le flux de fluide de travail (10’) sous forme totalement gazeuse à une pression de 28 bar (2,8 MPa) et une température de 75°C, il est envoyé à la turbine de détente (703) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (11 ’) une pression de 13 bar (1 ,3 MPa). Ce flux (11 ’) est condensé totalement dans l’échangeur de chaleur (800) utilisé comme condenseur jusqu’à atteindre la température de 35°C en sortie (flux (12’)). Ce flux (12’) est alors envoyé vers la pompe (900) afin d’augmenter sa pression et d’atteindre 28 bar (2, 8 MPa) au flux (13’).

Un cycle de Rankine 2, disposé en parallèle du précédent fait intervenir un fluide de travail, ici, du propane (17’) qui est vaporisé via l’évaporateur (803). Cet évaporateur est alimenté par l’eau chaude (44) issue du stockage (503) collectant l’eau issue des moyens de refroidissement (300, 301 , 302). Une fois refroidie, l’eau (45) est renvoyée au stockage d’eau froide (504). Le propane vaporisé (14’) est envoyé à la turbine de détente (704) produisant de l’électricité via un alternateur, jusqu’à atteindre en sortie (15’) une pression de 10 bar (1 MPa). Ce flux de propane (15’) est alors envoyé au condenseur (802) alimenté par de l’eau à 20°C. Une fois condensé, le flux (16’) est alors envoyé vers la pompe (901) afin d’augmenter sa pression et d’atteindre 22 bar (2,2 MPa) au flux (17’). Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, le rendement du procédé de stockage d’énergie est de 72,2% (par rapport à 69,6% pour l’AA-CAES classique sans réinjection d’eau et sans ORC et par rapport à 70,3% pour un AA-CAES avec réinjection d’eau mais sans ORC) pour une puissance consommée de 100,0 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 87,2 MWth et la puissance de refroidissement nécessaire est de 20,3 MWth. Le cycle de Rankine 1 permet de produire 0,48 MW électrique supplémentaire et le cycle de Rankine 2 permet de produire 1 ,23 MW électrique supplémentaire par rapport à un procédé AACAES classique tel que décrit sur la Figure 2 (procédé AA-CAES avec réinjection d’eau en détente, mais sans ORC).

Ainsi, les exemples 1 à 3 montrent que la mise en oeuvre d’au moins un cycle de Rankine dans le système et le procédé selon l’invention dans l’une quelconque de ses variantes, permet d’augmenter les performances du procédé AA-CAES, tout en limitant la puissance nécessaire au refroidissement.