Domaine technique

La présente invention concerne principalement le domaine de stockage d’énergie par air comprimé.

La production d’électricité à partir d’énergies renouvelables, par exemple par l’intermédiaire de panneaux solaires, ou d’éoliennes terrestres ou marines, est en plein essor. Les principaux inconvénients de ces moyens de production sont l’intermittence de la production et la possible non-adéquation entre la période de production et la période de consommation. Il est donc important de disposer d’un système de stockage de l’énergie lors de la production pour la restituer lors d’une période de consommation.

Il existe de nombreuses technologies permettant cet équilibre.

Parmi elles, la plus connue est la Station de Transfert d’Eau par Pompage (STEP) qui consiste en l’utilisation de deux réservoirs d’eau à des altitudes différentes. L’eau est pompée du bassin inférieur vers le bassin supérieur lors de la phase de charge. L’eau est ensuite envoyée vers une turbine, en direction du bassin inférieur, lors de la décharge.

L’utilisation de batteries de différents types (lithium, nickel, sodium-soufre, plomb-acide...) peut également répondre à ce besoin de stockage d’énergie.

Une autre technologie, le stockage d'énergie par volant d’inertie (FES pour Flywheel Energy Storage) consiste à accélérer un rotor (volant) à une vitesse très élevée et à maintenir l'énergie dans le système sous forme d’énergie cinétique. Lorsque l'énergie est extraite de ce système FES, la vitesse de rotation du volant est réduite en conséquence du principe de conservation de l'énergie. L'ajout d'énergie au système FES entraîne, en conséquence, une augmentation de la vitesse du volant.

La technologie de stockage d’énergie par utilisation d’un gaz comprimé, (souvent de l’air comprimé) est prometteuse. L’énergie produite et non consommée est utilisée pour comprimer de l’air à des pressions comprises entre 40 bar et 200 bar à l’aide de compresseurs (pouvant être multi-étagés). Lors de la compression, la température de l’air augmente. Afin de limiter le coût des réservoirs de stockage et minimiser la consommation d’électricité du compresseur, l’air peut être refroidi entre chaque étage de compression. L’air comprimé est alors stocké sous pression, soit dans des cavités naturelles (cavernes), soit dans des réservoirs artificiels. Il existe une variante en développement. Il s’agit d’un procédé dit adiabatique dans lequel la chaleur issue de la compression de l’air est récupérée, stockée et restituée à l’air avant de le détendre. Il s’agit de la technologie AACAES (issue de l’anglais « Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage »).

Dans un système AACAES, l’air comprimé est stocké dans un réservoir de manière indépendante au stockage de chaleur. Dans un tel système, l'air est stocké à une température proche de la température ambiante (à priori inférieure à 50 ¹ ). Un tel système dispose donc d’un réservoir de chaleur et d’un réservoir d’air sous pression. La présence de ces deux réservoirs impacte significativement le coût du système.

Technique antérieure

Dans un système de stockage et de récupération d’énergie par air comprimé de l’art antérieur, la chaleur est soit récupérée dans un moyen de stockage de la chaleur (système AACAES), soit l’air est refroidi entre chaque étage de compression et/ou de détente, ce qui nécessite des moyens d’échange de chaleur (par exemple un échangeur de chaleur) entre chaque étage de compression ou détente. Ces systèmes nécessitent donc des échangeurs de chaleur pour récupérer la chaleur ou réchauffer le fluide. La présence de ces échangeurs impacte négativement le coût du système.

Résumé de l’invention

Le système selon l’invention consiste à réaliser une compression ou une détente isotherme de manière à éviter l’utilisation d’échangeurs de chaleur. Ainsi, le coût du système est réduit et le système est plus simple.

Pour cela, l’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comportant au moins un moyen de compression rotodynamique de fluide, au moins un moyen de stockage de gaz comprimé, au moins un moyen de détente rotodynamique du fluide comprimé pour générer une énergie. Le fluide comprend le gaz et une deuxième phase, de préférence liquide. De plus, le système comprend un moyen d’injection de la deuxième phase en amont ou dans au moins un moyen de compression rotodynamique, et/ou en amont ou dans au moins un moyen de détente rotodynamique. La deuxième phase a pour but de limiter l’augmentation de la température du gaz lors de la phase de compression. Ainsi, la compression et/ou la détente sont réalisées de manière isotherme. L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comportant au moins un moyen de compression rotodynamique de fluide, au moins un moyen de stockage de gaz comprimé, au moins un moyen de détente rotodynamique dudit fluide comprimé pour générer une énergie. Ledit fluide comprend ledit gaz et une deuxième phase et le système comprend un moyen d’injection de ladite deuxième phase en amont ou à l'intérieur d'au moins un moyen de compression rotodynamique, et/ou en amont ou à l'intérieur d'au moins un moyen de détente rotodynamique.

Selon une mise en oeuvre de l’invention, le système comprend au moins un moyen de séparation positionné après le moyen de compression rotodynamique ou après le moyen de détente rotodynamique.

De préférence, ladite deuxième phase est un liquide, de préférence de l’eau.

Avantageusement, le système comprend au moins un moyen de stockage de ladite deuxième phase, ledit moyen de stockage de ladite deuxième phase étant connecté à au moins un moyen d’injection ou à au moins un moyen de séparation.

Selon un mode de réalisation de l’invention, chaque moyen d’injection et/ou chaque moyen de séparation est connecté à un moyen de stockage de ladite deuxième phase liquide différent.

Alternativement, chaque moyen d’injection et/ou chaque moyen de séparation sont connectés à un moyen de stockage de ladite deuxième phase, ledit moyen de stockage de ladite deuxième phase pouvant être commun à plusieurs moyens d’injection et/ou moyens de séparation.

Selon une variante de l’invention, tous les moyens d’injection et/ou tous les moyens de séparation sont connectés à un unique moyen de stockage de ladite deuxième phase.

Selon une mise en oeuvre du système selon l’invention, le système comprend au moins un moyen de mélange en amont d’au moins un moyen de compression et/ou un moyen de séparation en aval d’au moins moyen de compression.

Avantageusement, le système comprend au moins un moyen de mélange en amont d’au moins un moyen de détente et/ou un moyen de séparation en aval d’au moins un moyen de détente.

Selon une variante de l’invention, au moins un moyen de mélange est intégré à au moins un moyen de compression rotodynamique ou à au moins un moyen de détente rotodynamique. L’invention concerne aussi un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant les étapes suivantes : a1) on comprime un gaz par un moyen de compression rotodynamique ; b1) on stocke ledit gaz comprimé ; c1) on détend ledit gaz comprimé par un moyen de détente rotodynamique.

De plus, lors ou avant les étapes de compression ou de détente, on injecte une deuxième phase dans ledit gaz.

De manière préférée, ladite deuxième phase est un liquide, de préférence de l’eau.

Avantageusement, on réitère successivement plusieurs fois l’étape a1).

De manière avantageuse, on réitère successivement plusieurs fois l’étape c1).

Selon une mise en oeuvre du procédé de l’invention, on mélange ladite deuxième phase avec le gaz comprimé, entre l’injection de la deuxième phase et la compression ou la détente.

Selon une variante de l’invention, on sépare ladite deuxième phase et ledit gaz comprimé, après l’étape de compression ou de détente.

Liste des figures

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.

La figure 1 représente une première partie d’un premier mode de réalisation du système selon l’invention.

La figure 2 représente une deuxième partie d’un premier mode de réalisation du système selon l’invention.

La figure 3 représente une première partie d’un deuxième mode de réalisation du système selon l’invention.

La figure 4 représente une deuxième partie d’un deuxième mode de réalisation du système selon l’invention. La figure 5 représente une alternative d’une première partie d’un troisième mode de réalisation du système selon l’invention.

La figure 6 représente un mode de réalisation d’une machine rotodynamique pour la compression ou la détente pour le système ou le procédé selon l’invention.

Description des modes de réalisation

L’invention concerne un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comportant au moins un moyen de compression rotodynamique de fluide, au moins un moyen de stockage de gaz comprimé et au moins un moyen de détente rotodynamique du fluide comprimé pour générer une énergie. Ainsi, le moyen de compression permet la compression d’un fluide (le fluide comprenant le gaz), permettant de limiter l’espace de stockage du gaz comprimé dans le moyen de stockage. Pour la restitution d’énergie, le gaz comprimé ressort du moyen de stockage pour être détendu dans le moyen de détente rotodynamique. Lors de cette détente, de l’électricité peut par exemple être générée.

Un moyen de détente ou de compression rotodynamique comprend une partie interne en rotation qui génère une compression/détente. Par exemple, cette partie interne peut comprendre un moyeu sur lequel sont fixées des aubes, le moyeu étant entraîné en rotation par un arbre de rotation, qui peut lui-même être entraîné en rotation par exemple par un moteur électrique. Pour un moyen de compression rotodynamique, la rotation de l’arbre entraîne celle des pales et ainsi comprime le fluide. A l’inverse, lorsque le moyen est un moyen de détente rotodynamique, le fluide arrivant entraîne les pales en rotation. Il cède ainsi une partie de son énergie cinétique et calorifique, ce qui entraîne une perte de pression. Les pales en rotation entraînent un arbre qui peut lui-même entraîner une génératrice électrique pour restituer de l’électricité.

Le fluide comprend le gaz et une deuxième phase, de préférence liquide. La deuxième phase sert à limiter l’augmentation de température du gaz lors de la compression ou au contraire à éviter son trop fort refroidissement lors de la détente. L’ajout de cette deuxième phase permet donc une compression ou une détente du gaz comprimé de manière sensiblement isotherme. De ce fait, le système ne nécessite pas de moyen d’échange de chaleur, tel qu’un échangeur à tube, un échangeur à plaque ou encore qu’un échangeur sans contact.

Par ailleurs, le système comprend un moyen d’injection (tel qu’un injecteur) de la deuxième phase en amont ou dans au moins un moyen de compression rotodynamique, et/ou en amont ou dans au moins un moyen de détente rotodynamique. De ce fait, le fonctionnement isotherme au sein du moyen de compression ou de détente rotodynamique est amélioré. De plus, l’utilisation de moyens de compression ou de détente rotodynamique permet d’améliorer l’homogénéité du mélange entre le gaz et la deuxième phase. Une machine volumétrique à piston ne permettrait pas une bonne homogénéité du mélange ainsi constitué. En effet, le type de compresseur volumétrique utilisé pour la compression de gaz avec des débits importants, est souvent un compresseur de type compresseur à vis, ou compresseur à pistons. Ceux-ci nécessitent généralement une lubrification des éléments en friction, souvent incompatible avec un liquide de refroidissement du gaz tel que l'eau par exemple, de sorte que l'air doit, dans la plupart des cas, être asséché à l'entrée du compresseur. A contrario, une machine rotodynamique spécifique est dimensionnée pour la compression d'un mélange de gaz et de liquide. Dans le cas du stockage de gaz, la machine rotodynamique diphasique est appelée compresseur humide. Elle permet une bonne homogénéité des fluides.

L’invention permet d'injecter de liquide au sein même de la machine rotodynamique, de maîtriser à la fois un taux de gaz, une granulométrie de gouttes et l'homogénéité du mélange, et ainsi de maîtriser la température du gaz lors de sa compression, ou de sa détente.

De préférence, le système peut comprendre au moins un moyen de séparation positionné après le moyen de compression rotodynamique ou après le moyen de détente rotodynamique. Ainsi, la deuxième phase est séparée du gaz après la compression ou la détente de manière à ne pas dégrader le rendement des étages suivants et/ou de ne pas être stockée avec le gaz dans le moyen de stockage.

Préférentiellement, le système peut comprendre un moyen de séparation après chaque étage de compression, comprenant un moyen de compression rotodynamique, et après chaque étage de détente comprenant un moyen de détente rotodynamique.

Avantageusement, la deuxième phase peut comprendre un liquide et de manière préférée, ce liquide peut être de l’eau. L’utilisation de liquide permet de mieux maîtriser la température lors de la compression ou de la détente. L’eau permet une bonne efficacité de refroidissement/maintien en température tout en assurant un coût minimal.

Selon un mode de réalisation du système selon l’invention, le système peut comprendre au moins un moyen de stockage de la deuxième phase, ce moyen de stockage de la deuxième phase pouvant être connecté à au moins un moyen d’injection ou à au moins un moyen de séparation. De ce fait, il est possible d’injecter et/ou de récupérer la deuxième phase de manière à mieux maîtriser la température de la deuxième phase lors de son injection ou de son retrait et ainsi, mieux maîtriser la compression ou la détente isotherme. Selon une variante de l’invention, chaque moyen d’injection et/ou chaque moyen de séparation peut être connecté à un moyen de stockage de la deuxième phase différent. De ce fait, la température de chaque réservoir de la deuxième phase est maîtrisée et ainsi, les transformations isothermes de chaque étage de compression ou de détente sont mieux contrôlées.

Selon une alternative de l’invention, chaque moyen d’injection et/ou chaque moyen de séparation peut/peuvent être connecté/s à un moyen de stockage de la deuxième phase, ce moyen de stockage de la deuxième phase pouvant être commun à plusieurs moyens d’injection et/ou moyens de séparation. Ainsi, il est possible d’utiliser un même moyen de stockage pour injecter ou récupérer la deuxième phase à une température sensiblement homogène. Cette alternative permet de limiter le nombre de réservoirs nécessaires pour la deuxième phase, tout en assurant une bonne maîtrise des températures d’injection de la deuxième phase dans les différents moyens d’injection ou de séparation de manière à maîtriser le profil isotherme des transformations (compression, détente).

De manière avantageuse, tous les moyens d’injection et/ou tous les moyens de séparation peuvent être connectés à un unique moyen de stockage de ladite deuxième phase. Cette solution a l’avantage de réduire le nombre de réservoirs pour la deuxième phase et donc le coût global du système.

De manière préférée, le système peut comprendre au moins un moyen de mélange en amont ou à l'intérieur d’au moins un moyen de compression rotodynamique et/ou un moyen de séparation en aval d’au moins moyen de compression rotodynamique. L’ajout d’un moyen de mélange en amont ou à l'intérieur du moyen de compression rotodynamique permet l’utilisation d’un fluide homogène dans le moyen de compression rotodynamique (par exemple un compresseur polyphasique ou une pompe polyphasique) de manière à améliorer la compression isotherme. L’ajout du moyen de séparation en aval du moyen de compression rotodynamique permet de retirer la deuxième phase, de manière à conserver le stockage seulement du gaz comprimé. L’ajout du moyen de séparation en aval du moyen de compression rotodynamique permet de retirer la deuxième phase, de manière à éviter un taux de deuxième phase trop important dans les étages de compression suivants, notamment lorsque la deuxième phase est liquide. En effet, un taux élevé de liquide pourrait endommager le moyen de compression rotodynamique, notamment lorsque ce moyen de compression n’est pas adapté pour fonctionner avec de forts taux de liquide. Le moyen de mélange permet de garantir le taux de gaz, la granulométrie de gouttes et l'homogénéité du mélange afin d’assurer une transformation isotherme contrôlée, tout en assurant une bonne compression.

En outre, le système peut également comprendre au moins un moyen de mélange à l'intérieur ou en amont d’au moins un moyen de détente et/ou un moyen de séparation en aval d’au moins un moyen de détente. L’ajout d’un moyen de mélange à l'intérieur ou en amont du moyen de détente rotodynamique permet l’utilisation d’un fluide homogène dans le moyen de détente rotodynamique (par exemple une turbine ou un mélangeur polyphasique) de manière à améliorer la détente isotherme. L’ajout du moyen de séparation en aval du moyen de détente rotodynamique permet de retirer la deuxième phase, de manière à éviter un taux de deuxième phase trop important dans les étages de détente suivants, notamment lorsque la deuxième phase est liquide. En effet, un taux élevé de liquide pourrait endommager le moyen de détente rotodynamique, notamment dans le cas d’une turbine. Le moyen de mélange permet de garantir le taux de gaz, la granulométrie de gouttes et l'homogénéité du mélange afin d’assurer une transformation isotherme contrôlée, tout en assurant une bonne détente.

De préférence, un moyen de mélange peut notamment être un mélangeur pour améliorer l’homogénéité du mélange de la deuxième phase avec le gaz.

Selon un mode de réalisation avantageux, au moins un moyen de mélange peut être intégré à au moins un moyen de compression rotodynamique ou à au moins un moyen de détente rotodynamique. En effet, l’utilisation par exemple d’un compresseur polyphasique peut à la fois réaliser la compression et le mélange de l’ensemble. En effet, un compresseur polyphasique est une machine rotodynamique spécifique dont la géométrie permet de ne pas séparer la phase liquide de la phase gazeuse. Les deux phases sont ainsi intimement et avantageusement mélangées de manière la plus homogène possible. Cela permet de maximiser les échanges thermiques et de refroidir le gaz plus efficacement lors de sa compression. Ainsi, le système est simplifié. Pour le moyen de détente rotodynamique, la turbine polyphasique peut être utilisée en mode inversé, c’est-à-dire avec une circulation de fluide en sens inverse de la circulation de fluide en mode de compression. Le fluide suit alors une détente lors du transfert de son énergie à l'arbre en rotation sous la forme d'énergie mécanique. Le liquide injecté dans l'élément de détente permet de réchauffer le gaz.

L’invention concerne également un procédé de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé comprenant les étapes suivantes : a1) on comprime un gaz ; b1) on stocke le gaz comprimé ; c1) on détend le gaz comprimé.

De plus, lors ou avant les étapes de compression ou de détente, on injecte une deuxième phase dans le gaz. L’ajout de la deuxième phase permet de réaliser une compression ou une détente isotherme et donc d’éviter l’utilisation d’échangeurs de chaleur.

Avantageusement, la deuxième phase peut être un liquide, de préférence de l’eau. Ainsi, le profil de température du fluide lors de la compression ou de la détente est mieux maîtrisé.

Selon une variante, on peut réitérer successivement plusieurs fois l’étape a1). Ainsi, on peut utiliser des moyens de compression rotodynamique avec un rendement optimal pour chaque plage de variation de pression. Cette variante a aussi l’avantage de permettre l’utilisation de moyens de compression rotodynamique polyphasique, et d’améliorer les performances du système.

Préférentiellement, on peut réitérer successivement plusieurs fois l’étape c1). Ainsi, on peut utiliser des moyens de détente rotodynamique avec un rendement optimal pour chaque plage de variation de pression. Cette solution a aussi l’avantage de permettre l’utilisation de moyens de détente rotodynamique polyphasique et d’améliorer les performances du système.

Selon une mise en oeuvre du procédé selon l’invention, on peut mélanger la deuxième phase avec le gaz comprimé, entre l’injection de la deuxième phase et la compression ou la détente. De ce fait, le fluide entre dans le moyen de compression de manière homogène, ce qui permet une bonne maîtrise de l’évolution de la température dans le moyen de compression.

Selon une variante du procédé selon l’invention, on peut séparer la deuxième phase et le gaz comprimé, après l’étape de compression ou de détente. Ainsi, le taux de deuxième phase dans le fluide reste faible même s’il existe plusieurs étages de compression ou de détente. Cela est particulièrement avantageux lorsque la deuxième phase est liquide. En effet, un taux élevé de liquide pourrait endommager les moyens de compression ou de détente rotodynamique. De plus, il serait plus difficile de maîtriser la température du fluide.

La [Fig 1] illustre de manière schématique et non limitative une partie d’un système de stockage et de récupération d’énergie selon un mode de réalisation de l’invention. Cette partie concerne la phase de stockage d’énergie par air comprimé. Cette partie du système comprend deux réservoirs de deuxième phase 33 et 35, un moyen de mélange tel qu’un mélangeur 41 , un moyen de séparation 53 tel qu’un séparateur, un moyen de compression rotodynamique 1 tel qu’un compresseur rotodynamique diphasique et un moyen de stockage d’air comprimé 30. Du gaz, de préférence de l’air prélevé dans le milieu ambiant est mélangé au sein du mélangeur 41 avec la deuxième phase, par exemple de l’eau, issue du réservoir 35. Le fluide ainsi obtenu après le mélange de la deuxième phase avec le gaz traverse ensuite le compresseur 1 , dans lequel il est comprimé. Le compresseur rotodynamique diphasique 1 permet la compression du liquide et du gaz de manière simultanée et améliore le mélange entre les deux phases, grâce à la rotation des flux qu’il induit. La bonne homogénéité du mélange permet ainsi une homogénéité des températures, la deuxième phase peut alors correctement refroidir le gaz lors de la compression. La compression est alors quasi isotherme, ce qui permet d’éviter tout échangeur de chaleur en sortie pour refroidir le gaz. Les réservoirs 33 et 35 peuvent être distincts ou peuvent former une seule et même entité.

La [Fig 2] illustre de manière schématique et non limitative une deuxième partie d’un système de stockage et de récupération d’énergie selon un mode de réalisation de l’invention. Cette partie concerne la phase de récupération d’énergie par air comprimé. Cette deuxième partie peut être combinée à la première partie de la figure 1 pour former un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé. Cette partie du système comprend deux réservoirs de deuxième phase 33B et 35B, un moyen de mélange tel qu’un mélangeur 47, un moyen de séparation 55 tel qu’un séparateur, un moyen de détente rotodynamique diphasique 2 tel qu’une turbine rotodynamique et un moyen de stockage d’air comprimé 30. Du gaz comprimé stocké dans le réservoir 30 est envoyé vers la turbine diphasique afin de récupérer l’énergie contenue dans le gaz. L’énergie peut, par exemple, être ensuite transformée en électricité par l’intermédiaire d’une génératrice entraînée par la turbine. Avant d’entrer dans le moyen de détente rotodynamique 2, le gaz comprimé issu du réservoir 30 est mélangé dans le moyen de mélange 47, tel qu’un mélangeur, avec une deuxième phase issue du réservoir 33B. Cette deuxième phase, de préférence liquide, permet de réaliser une détente quasi isotherme au sein du moyen de détente rotodynamique 2. Lorsque le fluide ressort de la turbine, le gaz et la deuxième phase sont séparés dans un moyen de séparation 55, tel qu’un séparateur. La deuxième phase ressortant du moyen de séparation 55 est ensuite stockée dans le réservoir 35B. Les réservoirs 33B et 35B peuvent être distincts ou peuvent former une seule et même entité. Selon une autre variante, les réservoirs 33B et/ou 35B peuvent également être communs avec les réservoirs 33 et 35 de la [Fig 1]

La [Fig 3] représente de manière schématique et non limitative une autre variante d’une première partie concernant le stockage d’énergie du système. Les références identiques à celles de la [Fig 1] correspondent aux mêmes éléments et ne seront donc pas re-détaillés. Contrairement à la [Fig 1] où un seul étage de compression était réalisé via le moyen de compression rotodynamique 1 , la [Fig 3] dispose de trois étages de compression rotodynamique 11 , 12 et 13. Cet étagement permet des rendements plus performants par une variation de pression plus faible aux bornes de chaque moyen de compression rotodynamique 11 , 12, et 13. De plus, cette caractéristique permet l’utilisation de moyen de compression rotodynamique standard, ce qui permet une réduction de coût du système, aucune adaptation ou conception n’étant nécessaire.

Juste en amont de chaque étage de compression, une deuxième phase est mélangée au gaz et juste en aval de chaque étage de compression, la deuxième phase est séparée du gaz comprimé. Ainsi, la maîtrise de la température peut être optimale dans chaque étage de compression, de manière à réaliser une transformation quasi-isotherme. Ainsi, le gaz est d’abord mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 35, dans le mélangeur 41 . Le fluide ainsi formé est comprimé dans le compresseur rotodynamique 11 , qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la compression est quasi-isotherme. Le fluide comprimé en sortie du compresseur rotodynamique 11 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 51. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 31. Puis le gaz est mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 36, dans le mélangeur 42. Le fluide ainsi formé est comprimé dans le compresseur rotodynamique 12, qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la compression est quasi-isotherme. Le fluide comprimé en sortie du compresseur rotodynamique 12 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 52. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 32. Puis le gaz est mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 37, dans le mélangeur 43. Le fluide ainsi formé est comprimé dans le compresseur rotodynamique 13, qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la compression est quasi-isotherme. Le fluide comprimé en sortie du compresseur rotodynamique 13 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 53. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 33. Le gaz comprimé issu du séparateur 53 peut alors être stocké dans le réservoir 30. Sur la [Fig 3], les réservoirs 35, 31 , 36, 32, 37 et 33 de deuxième phase sont distincts mais il pourrait être envisagé que certains d’entre eux soient constitués d’un réservoir commun ou alternativement d’un unique réservoir pour tous ces réservoirs de deuxième phase. La [Fig 4] représente de manière schématique et non limitative une autre variante d’une deuxième partie concernant la récupération d’énergie du système. Cette deuxième partie peut être combinée à la première partie de la figure 3 pour former un système de stockage et de récupération d’énergie par gaz comprimé. Les références identiques à celles de la [Fig 2] correspondent aux mêmes éléments et ne seront donc pas re-détaillés.

Contrairement à la [Fig 2] où un seul étage de détente était réalisé via le moyen de détente rotodynamique 2, la [Fig 4] dispose de trois étages de détente rotodynamique 23, 22 et 21. Cet étagement permet des rendements plus performants par une variation de pression plus faible aux bornes de chaque moyen de détente rotodynamique 21 , 22, et 23. De plus, cette caractéristique permet l’utilisation de moyen de détente rotodynamique polyphasique et d’améliorer les performances du système.

Juste en amont de chaque étage de détente, une deuxième phase est mélangée au gaz et juste en aval de chaque étage de compression, la deuxième phase est séparée du gaz. Ainsi, la maîtrise de la température peut être optimale dans chaque étage de détente, de manière à réaliser une transformation quasi-isotherme. Ainsi, le gaz comprimé sortant du réservoir 30 est d’abord mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 330, dans le mélangeur 47. Le fluide ainsi formé est détendu dans le moyen de détente rotodynamique 23, qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la compression est quasi- isotherme. Le fluide partiellement détendu en sortie du moyen de détente rotodynamique 23 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 57. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 370. Puis le gaz est mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 320, dans le mélangeur 46. Le fluide ainsi formé est comprimé dans le moyen de détente rotodynamique 22, qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la détente est quasi-isotherme. Le fluide comprimé en sortie du moyen de détente rotodynamique 22 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 56. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 360. Puis le gaz est mélangé avec la deuxième phase issue du réservoir 310, dans le mélangeur 45. Le fluide ainsi formé est détendu dans le moyen de détente rotodynamique 21 , qui permet de maintenir, voire d’améliorer le mélange. Ainsi, la détente est quasi-isotherme. Le fluide comprimé en sortie du moyen de détente rotodynamique 21 est ensuite séparée de la deuxième phase dans le séparateur 55. La deuxième phase est stockée dans le réservoir 350. Sur la [Fig 4], les réservoirs 350, 310, 360, 320, 370 et 330 de deuxième phase sont distincts mais il pourrait être envisagé que certains d’entre eux soient constitués d’un réservoir commun ou alternativement d’un unique réservoir pour tous ces réservoirs de deuxième phase. Il pourrait aussi être envisagé que certains d’entre eux et/ou certains des réservoirs 35, 31 , 36, 32, 37 et 33 de la [Fig 3] soient un même réservoir, voire qu’ils constituent tous un seul et unique réservoir, de manière à limiter le nombre de réservoirs et leur coût. La [Fig 5] est une variante de la [Fig 3]. Les références identiques à celles de la [Fig 3] correspondent aux mêmes éléments et ne seront donc pas re-détaillés. Dans la variante de la [Fig 5], le gaz comprimé sortant du séparateur 53 est stocké dans le réservoir 3. La deuxième phase sortant du séparateur 53 est stockée dans la partie basse du réservoir 3 alors que le gaz est stocké dans la partie haute du réservoir 3. Alternativement, en sortie de du compresseur rotodynamique 13, le mélange peut directement être stocké dans le réservoir 3, sans passer par un séparateur 53. En effet, dans ce cas, les deux phases vont se séparer « naturellement » au bout d’un certain temps. La séparation par le séparateur 53 permet néanmoins d’assurer un stockage mieux ordonné dans le réservoir 3 et plus facile à activer rapidement, sans nécessiter de délai suffisant entre la charge et la décharge du système pour attendre la bonne séparation des phases dans le réservoir 3.

Lorsque le séparateur 53 est utilisé en amont du réservoir 3, le réservoir 3 peut comprendre une membrane de séparation des phases. Bien que cette membrane ne soit pas indispensable, elle permet une meilleure conservation de séparation des phases.

La [Fig 6] présente un exemple de moyen de compression ou de détente rotodynamique. Le système peut être utilisé dans un sens (sens de la flèche noire F, le sens de la flèche F correspond au sens du flux de fluide ici, pour le cas de la compression) pour la compression et en sens inverse pour la détente. Le fonctionnement présenté correspond à la compression. La détente fonctionnant en sens inverse, elle ne sera pas détaillée.

Le moyen de compression rotodynamique 120 comprend un moyeu 103 dont le diamètre externe augmente progressivement, dans le sens de la flèche F, afin de générer la compression. Une ou plusieurs aubes 102 sont fixées rigidement au moyeu 103. Lorsque le moyeu 103 est en rotation autour de l’axe AA longitudinal du moyen de compression rotodynamique 120, par exemple entraînée par un arbre de rotation (non visible), les aubes 102 sont en rotation autour de l’axe AA. Cette rotation des aubes favorise le mélange des deux phases. Le moyen de compression rotodynamique 120 comprend aussi une enveloppe externe 100, de préférence cylindrique. Sur la surface interne de cette enveloppe externe, sont positionnées des redresseurs 101 , les redresseurs 101 étant fixés rigidement à l’enveloppe externe 100.

Le moyen de compression rotodynamique 120 est donc une succession d’étages de compression (par les aubes 101) et de redresseurs 102 dans le sens F. Sur la figure 6, par exemple, le moyen de compression rotodynamique comprend un premier étage de compression 102, un premier redresseur 101 , un deuxième étage de compression 102, un deuxième redresseur 101 , un troisième étage de compression 102 et un troisième redresseur 101 , dans le sens du flux F. La présence des redresseurs tend à limiter l’effet centrifuge après chaque étage de compression et donc à encore favoriser le mélange entre le gaz et la deuxième phase.

Ce type de moyen de compression rotodynamique, est particulièrement adapté au fonctionnement polyphasique, notamment lors de mélange de gaz et de liquide.

Selon une alternative non représentée, l’invention peut consister à utiliser un compresseur rotodynamique diphasique en injectant la deuxième phase directement dans les redresseurs de chacun des étages. Cela permet de supprimer les moyens de mélange en amont des moyens de compression rotodynamique et ainsi de réduire les coûts.