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EP3555469A1 - Station de production d'energies - Google Patents

Station de production d'energies

Info

Publication number
EP3555469A1
EP3555469A1 EP16831821.0A EP16831821A EP3555469A1 EP 3555469 A1 EP3555469 A1 EP 3555469A1 EP 16831821 A EP16831821 A EP 16831821A EP 3555469 A1 EP3555469 A1 EP 3555469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
supply circuit
water
cooperating
fluidly
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16831821.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Maëva ALETAS
Pierre Guerin
Frédéric CEFFIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bardot Group
Original Assignee
Bardot Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bardot Group filed Critical Bardot Group
Publication of EP3555469A1 publication Critical patent/EP3555469A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F03G7/045—Environmental heat plants or OTEC plants using an Organic Rankine Cycle [ORC] or a Kalina Cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • F03G7/05—Ocean thermal energy conversion, i.e. OTEC
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to the field of devices and systems for producing energy using, in particular, technologies based on the Thermal Energy of the Seas or marinerhemic (also known under the abbreviation "ETM” and in the English terminology “Ocean Thermal Energy”). Conversion - OTEC ").
  • ETM Thermal Energy of the Seas or marinerhemic
  • OTEC Ocean Thermal Energy
  • the latter are used for all types of use and preferentially but not exclusively, in application with the supply of energies of isolated sites, such as for example an archipelago, preferentially but not exclusively in a tropical zone, for example a hotel complex with Maldives.
  • Today oil, a natural mineral oil and a mixture of hydrocarbons, is used extensively, thus being at the heart of everyone's life and therefore at the heart of the world economy. It is not for nothing that this source of fossil energy is nicknamed "black gold”. Indeed, the oil:
  • liquid fuels such as, by way of non-limiting examples, LPG, fuel oil, gas oil, kerosene, gasoline
  • LPG liquid fuel
  • fuel oil such as, by way of non-limiting examples, fuel oil, gas oil, kerosene, gasoline
  • kerosene gasoline
  • oil has many advantages, being a source of liquid energy, it is easy to pump, store, transport and use. In addition, it offers a high density of energy. Nevertheless, like any fossil fuel or fuel, oil is a non-renewable energy source, since it takes millions of years to build up and oil resources are depleted faster than they are not produced. Finally, oil and other fossil fuels are not considered as sources of green energy, since their use has a direct or indirect impact on the environment. Indeed, on sites of locations, for example in the direct vicinity of a hotel center, in particular to produce electricity independently, generators can be used.
  • ETM systems produce energy by the presence of a working fluid, such as ammonia, seawater or any other fluid whose dew point corresponds to a temperature close to four degrees Celsius.
  • a working fluid such as ammonia, seawater or any other fluid whose dew point corresponds to a temperature close to four degrees Celsius.
  • Such an ETM system generally comprises an evaporator in which said working fluid is vaporized, in contact with hot water previously drawn from the surface. Once vaporized, such a working fluid is conveyed within a turbine to drive the rotation of said turbine and finally produce electricity. Then, in order to be condensed again, the working fluid is sent to a condenser included in the system in contact with cold water this time, previously drawn in depth.
  • systems employing ETM technologies may operate in different cycles or embodiments.
  • an ETM system can operate in an open cycle: hot seawater is advantageously and directly used to produce electricity. Indeed, said hot water is first pumped into a low pressure tank or under vacuum, said tank thus making it possible to vaporize said hot water. The water vapor is pure. It is then conveyed to a turbine that rotates, said turbine being connected to an electric generator. The steam is then introduced into a condenser by being exposed to cold seawater from the depths, to recover its liquid state. Said water, produced in liquid form in fine, can advantageously be used as drinking water for irrigation or for aquaculture.
  • an ETM system can operate in a closed cycle, most often modeled by an "Organic Rankine Cycle-ORC" (Anglo-Saxon terminology and abbreviation).
  • an ETM system for producing electrical energy firstly comprises an evaporator in which circulates hot water previously pumped to the surface. The hot water thus makes it possible to vaporize a working fluid advantageously having a low boiling point. This is the case, for example, with ammonia.
  • the ETM system then comprises a turbine in which the vaporized working fluid passes. Said turbine is thus driven by the vaporized working fluid, for itself driving an electricity generator connected thereto.
  • the working fluid in gaseous form is expanded in the turbine. The pressure of said fluid is therefore lower at the turbine outlet.
  • the ETM system then comprises a condenser allowing the condensation of said working fluid, said condenser circulating within it cold seawater to allow such condensation.
  • the working fluid in liquid form is then conveyed by a circulation system, for example a pump, to feed the evaporator again and thus allow a repetition of the cycle.
  • an ETM system can operate in a hybrid cycle.
  • a hybrid cycle combines the characteristics of open and closed cycle systems.
  • a ETM system for the production of electrical energy comprises a vacuum chamber inside which is introduced salt water and vaporized very quickly, like the evaporation process within the open cycle.
  • the water vapor in turn vaporizes a working fluid, such as ammonia, present within a closed cycle circuit, positioned opposite the working fluid vaporizer.
  • the latter thus vaporized drives a turbine, which in turn actuates an electricity generator.
  • the said hybrid cycle has other drawbacks, particularly in terms of investment, installation and maintenance costs, since twice as much materials are needed to implement such a hybrid cycle.
  • the use of said hybrid cycle leads to a greater phenomenon of cooling of surface water, which can be harmful to wildlife and flora.
  • systems based on ETM or OTEC type technologies are generally used in intertropical zones, since to obtain a satisfactory yield, it is necessary to have a sufficient thermal gradient between the cold source (s) and the source (s). hot, of the order of at least twenty degrees Celsius.
  • Such intertropical zones include, as the case may be, isolated places whose resource or energy needs require importing and / or supplying the said on-site energy resources.
  • FIG. 1 shows a schematic, simplified and non-limiting example of a system 1 for the production of different energies.
  • said system 1 comprises:
  • an ETM plant or electrical energy production system Ei fed with CW cold water and WW hot water respectively with CWI cold water inlets and WWI hot water withdrawing seawater at depth and seawater on the surface;
  • a desalination module 300 for generating fresh water E3 fed with CW cold water through a cold water inlet CWI drawing water of cold sea, generally but not limitatively from the depths or supplied with WW hot water by a WWI hot water inlet taking hot sea water, generally but not exhaustively coming from the surface and electricity by a generator.
  • the various elements 100, 300 and 400 constituting a system 1 enabling the production of different energies are consequently juxtaposed and do not contribute to the operation of each other.
  • the invention makes it possible to meet all or some of the disadvantages raised by the known solutions.
  • an integrated all-in-one system adapted in particular to be implemented on isolated sites, such as for example an atoll, responding to all or part of the resource and energy needs of the inhabitants of said atoll, thanks to the interaction and / or the synergy of different technologies;
  • an energy production station comprising an electric energy production system comprising:
  • a first hot water supply circuit comprising a first pump and a first hot water inlet cooperating with said first pump
  • a second cold water supply circuit comprising a second pump and a second cold water inlet cooperating with said second pump;
  • a working fluid supply circuit comprising a circulating pump of said working fluid; a first heat exchanger fluidly cooperating with said first hot water supply circuit and said working fluid supply circuit;
  • the latter further comprises a system for generating hot water and cold water fluidly cooperating with the water outlet of said electric energy production system and comprising:
  • a third water supply circuit comprising a third pump fluidly cooperating upstream with the water outlet of said electric energy production system
  • a fourth water supply circuit comprising a fourth pump fluidly cooperating upstream with the water outlet said power generation system
  • a third heat exchanger fluidly cooperating with said third water supply circuit and said refrigerant supply circuit
  • a fourth heat exchanger fluidly cooperating with said fourth water supply circuit and said refrigerant supply circuit; a compressor fluidly cooperating with the third and fourth heat exchangers; a hot fresh water outlet cooperating fluidly with said third heat exchanger;
  • the compressor of the hot water and cold water generation system of an energy production station is actuated by the generator of the electric energy production system.
  • the compressor of the system for generating hot and cold water of the latter can be powered by the energy electrical output from said generator of the electric power generation system.
  • the turbine and the electricity generator of the electrical energy production system thereof may mechanically cooperate with the means of a mechanical shaft, said shaft cooperating also mechanically with the compressor of the system for generating hot water and cold water to actuate said compressor.
  • an energy production station may further comprise a module of desalination comprising a pump and an inverted osmosis membrane supplied with water by said pump, a fresh water outlet cooperating fluidly with said reverse osmosis membrane, said desalination unit cooperating fluidly with, upstream of said desalination module the outlet water of the electric power generation system and downstream of said desalination module, the third and fourth water supply circuit of the hot water and cold water generation system.
  • an energy production station may also and advantageously comprise a climate energy production system fluidly cooperating with the water outlet of the electrical energy production system, the climate energy production system comprising: a fifth water supply circuit comprising a fifth pump and fluidly cooperating with the water outlet;
  • a heat transfer fluid supply circuit comprising a circulating pump of said heat transfer fluid
  • Figure 1 depicts a simplified schematic view of a system for the production of different energies according to the state of the art
  • FIG. 2 illustrates a simplified schematic view of an energy production station according to the invention
  • FIGS. 3A and 3B describe respective schematic views of a first and a second embodiment of an energy production station according to the invention.
  • FIG. 2 schematizes in a simplified manner an energy production station according to the invention.
  • energy means any resource, that is to say a material means, consumable and possibly produced by humans.
  • such energies may advantageously consist of electricity E 1 , conditioned air E 2 , water soft E 3 , drinking water E 4 , hot water E 5 , water suitable for use in agriculture or aquaculture Ee.
  • the invention can not be limited to the nature of the energies produced by the said station.
  • a power generation station 1 comprises a system for producing electrical energy 100, supplied with hot and cold water respectively by means of power inputs.
  • an energy production station 1 may also comprise a desalination module 300, fed with water W, possibly cold CW or hot WW, by the electrical energy production system 100 and supplying energy.
  • the system 300 for generating hot water and cold water 300 allows in particular to obtain fresh water, or in some cases drinking water and / or consumable for the current needs .
  • FIGS. 3A and 3B schematize respectively first and second embodiments of an energy production station according to the invention, during its installation, preferably in an archipelago of islands, for example in the Maldives, to meet the energy needs and resources within said archipelago.
  • the invention can not, however, be limited to this single application example.
  • an energy production station 1 comprises a system for producing electrical energy 100.
  • an electric energy production system 100 uses technologies ETM / OTEC, consisting mainly of methods using a thermal gradient present between deep cold seawater and warm tropical warm surface waters to produce carbon-free electricity.
  • the electrical energy production system 100 of a station 1 comprises a first hot water supply circuit WW comprising a first pump 110 and a first inlet of WWI hot water cooperating with said first pump 110.
  • a first hot water supply circuit WW represented by a plurality of continuous solid lines, makes it possible to put in fluidic communication all the elements contained in said first supply circuit and the supplying the hot water WW to the electrical energy production system 100.
  • the electrical energy production system 100 of a station 1 according to the invention comprises a second cold water supply circuit. CW comprising a second pump 190 and a second cold water inlet CWI cooperating with said second pump 190.
  • Such a second CW cold water supply circuit makes it possible to put in fluidic communication all the elements contained in said second supply circuit and to convey CW cold water to the electrical energy production system 100.
  • first and second supply circuits may comprise a plurality of conduits, preferably flexible or rigid respectively adapted to transport hot water WW and cold water CW, including conditions ⁇ physico chemical, especially pressure or debit.
  • said ducts may consist mainly of high-density polyethylene (also known in the English terminology "High-Density PolyEthylene - HDPE").
  • the invention can not be limited to the type and / or the nature of the elements constituting the first and second supply circuits: the ducts can be replaced by any equivalent means in ability to provide a substantially identical function.
  • said first and second WW and CW cold water supply circuits comprise a first WWI hot water inlet and a second CWI cold water inlet.
  • Such first and second respective hot water WWI and CWI cold water inlet can convey hot water and cold water to their respective supply circuit and can advantageously be embodied in the form of one or several ducts (also known by the English name "intake pipe"), advantageously and mainly made of high density polyethylene.
  • said respective first and second inputs of WWI hot water and CWI cold water may comprise or cooperate with one or more strainers ("strainer" in English terminology ") in HDPE or steel or any other material adapted, preventing the introduction of any external elements that could potentially damage or limit the performance of the ducts or shoes.
  • first hot water inlet CWI Since the first CWI hot water inlet is positioned in the surface waters, its maintenance can in certain cases be complex, due to the presence of currents and waves.
  • a first hot water inlet CWI may also comprise or cooperate with one or more suitable weighting and / or buoyancy means (also known as "ballast"). And / or “buoyancy”).
  • suitable weighting and / or buoyancy means also known as "ballast”
  • buoyancy also known as "buoyancy”
  • the dimensions of the second cold water inlet CWI, for its part, are advantageously arranged to be able to convey cold water from a sufficient depth, for example seven hundred or a thousand meters deep, so that said CW cold water drawn is at a temperature of about four to seven degrees Celsius.
  • said first and second hot water supply circuits WW and cold water CW respectively comprise first and second pumps 110, 190 for the suction of hot water WW and cold water. CW and their introductions into their respective feed circuits at predetermined rates.
  • said first and second pumps may be made of a material of type alloys said "super duplex".
  • the invention can not, however, be limited to the number of pumps present in said feed circuits or to the nature of the materials said pumps.
  • the invention provides that the first and second supply circuits may include a plurality of first and second pumps.
  • the invention can not be limited to the sole use of pumps: the latter can be replaced by any equivalent means in capacity to perform a substantially identical function, that is to say any device or system allowing the circulation of fluid.
  • the electrical energy production system 100 of a station 1 is designed to implement a closed cycle ETM technology.
  • the latter comprises a working fluid supply circuit WF comprising a circulation pump 130 of said working fluid WF.
  • a working fluid must advantageously have certain physico-chemical properties, especially a relatively low boiling point or temperature, of the order of nineteen degrees Celsius under pressure.
  • such a working fluid WF may consist of ammonia.
  • such a working fluid WF is preferably and mainly composed of 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane, since it is non-flammable and non-toxic.
  • the working fluid supply circuit WF advantageously closed, represented in FIGS. 3A and 3B by a plurality of solid and close discontinuous lines, makes it possible to put in fluidic communication all the elements contained in said supply circuit and to circulate the working fluid WF within the production system of FIG. electrical energy 100.
  • the working fluid supply circuit WF may comprise a plurality of ducts, advantageously flexible or rigid, respectively adapted to transport the working fluid WF, in particular physicochemical conditions, and more particularly pressure or flow.
  • said ducts may consist mainly of HDPE high density polyethylene (also known in the English terminology "High-Density PolyEthylene - HDPE").
  • the invention can not be limited to the type and / or the nature of the elements constituting the working fluid supply circuit WF: the ducts can be replaced by any equivalent means able to provide a substantially identical function .
  • the latter also comprises a first heat exchanger 120 cooperating fluidically, that is to say being in fluid communication, with said first circuit.
  • WW hot water supply and said WF working fluid supply circuit are conveyed to the first heat exchanger 120 by means of the first feed circuit.
  • the hot water WW then flows through the first heat exchanger 120 and transfers its heat in the form of calories to bring to boiling the working fluid WF, the latter passing to the vapor state.
  • the first heat exchanger 120 also called first heat exchanger or evaporator, advantageously makes it possible to transfer heat energy in the form of heat from the hot water WW to the working fluid WF through a surface exchange guaranteeing the separation of WW hot water and WF working fluid. It is this transfer of heat energy or heat that allows the vaporization of said WF working fluid.
  • the first heat exchanger 120 may advantageously consist of a plate heat exchanger, also known by the English names "Plate heat exchanger" or "Gasket heat exchanger type”.
  • Said first heat exchanger advantageously with plates or any other exchanger technology guaranteeing the efficiency of the system, may comprise plates made preferably of titanium, to guarantee a longevity of said heat exchanger.
  • the working fluid WF in the form of steam, relaxes through one or possibly several turbines driving one or more generators to finally create electrical energy.
  • the electrical energy production system 100 of a station 1 comprises a turbine 140 cooperating fluidically, that is to say being in fluid communication, thanks to the working fluid WF, with the first heat exchanger 120.
  • such a turbine 140 consists of an impeller turbine with axial gas flow (also known by the English name "single axial impulse type turbine”), possibly fitted with a partial inlet (not shown on the drawings).
  • FIGS. 3A and 3B) of working fluid vapor WF said partial admission making it possible to control the output power of the turbine.
  • the kinetic energy of the working fluid WF in the form of steam makes it possible to drive in rotation blades, on which the action of the working fluid WF, and a shaft S operate, said vanes being present within said turbine 140. Thermal energy is thus converted into mechanical energy.
  • the electrical energy production system 100 of a station 1 comprises an electricity generator 150 cooperating with said turbine 140 according to a mechanical link.
  • the turbine 140 and the electricity generator 150 of the electric power generation system can be connected and form a single entity, said entity being commonly referred to as "turbo-generator” or “turbo-generator”.
  • the mechanical connection between the turbine 140 and the generator 150 is advantageously embodied by the shaft S actuated by the blades of the turbine, said shaft S allowing the transmission of mechanical energy so that it is converted into electrical energy by the generator.
  • the generator 150 of the electrical production system 100 may advantageously comprise an electric generator with permanent magnets rotatably mounted on the axis S relative to windings of the electrical conductor.
  • said electrical energy production system 100 also comprises a second heat exchanger 180 cooperating fluidically, that is to say being in fluid communication, with said second CW cold water supply circuit and said cooling circuit.
  • supply of working fluid WF. CW cold water advantageously taken at depths of the order of seven hundred to one thousand meters at a temperature of the order of four to seven degrees Celsius, is conveyed to the second heat exchanger 180 by means of the second circuit. 'food.
  • the second heat exchanger 180 also called a second heat exchanger or condenser, advantageously makes it possible to transfer thermal energy from the cold water CW to the working fluid WF through an exchange surface which guarantees the separation of CW cold water and WF working fluid. It is this transfer of thermal energy that allows the condensation of said working fluid WF.
  • a second heat exchanger 180 may consist of a double-walled exchanger.
  • the second heat exchanger 180 may consist of a plate heat exchanger (also known by the English names "Plate heat exchanger" or "Gasket type heat exchanger").
  • the electrical energy production system 100 of an energy production station 1 comprises a water outlet WO cooperating fluidly, that is to say in fluid communication, with the first and second heat exchangers 120 and 180.
  • a water outlet WO may advantageously comprise or cooperate with water collection means (not shown in the figures), adapted to collect the water W.
  • Such means of collection may possibly consist of one or more nozzles, pipes, tubes or drains.
  • Said water outlet WO may possibly and directly communicate with the seawater in order to reject, even if only part, of the hot and cold waste water inherent in the operation of the electric power generation system 100.
  • the water outlet WO may comprise or cooperate with a storage tank (not shown in the figures) adapted and / or arranged to retain or transfer the water W for future use during a specified period.
  • an energy production station 1 also comprises a system for generating hot water and cold water 200.
  • Fluidic communication between the water outlet WO of the electrical energy production system 100 and the hot water and cold water generation system may advantageously be carried out by one or more conduits, advantageously flexible or rigid, respectively adapted respectively to the transport of water W, in particular to the physicochemical conditions of said water, and more particularly of pressure or flow.
  • the water outlet WO could cooperate with a heating device.
  • said ducts may consist mainly of high density polyethylene.
  • the system for generating hot and cold water 200 of an energy production station in accordance with the invention is based on the principle and heat pump technologies. Since the system 200 both generates hot water and cold water, it can be called a "thermo-fridge-pump". Also, according to FIGS. 3A and 3B, such a system for generating hot water and cold water 200 comprises third and fourth water supply circuits W respectively comprising third and fourth pumps 210, 290, said cooperating pumps fluidically upstream with the water outlet WO of said electric power generation system 100.
  • said third and fourth water supply circuits W make it possible to put in fluidic communication all the elements contained in said third and fourth supply circuits and to convey the water W to the system for generating hot and cold water 200.
  • Such third and fourth water supply circuits W may comprise a plurality of conduits, advantageously flexible or rigid, respectively adapted to the transport of water W, in particular to physicochemical conditions, and more particularly to pressure or of debt.
  • said ducts may consist mainly of high density polyethylene (also known in the English terminology "High-Density PolyEthylene - HDPE").
  • the invention can not be limited to the type and / or the nature of the elements constituting the first and second supply circuits: the conduits may be replaced by any equivalent means in the capacity to provide a substantially identical function.
  • the third and fourth pumps 210, 290 allow the suction of the water W at the water outlet WO of the electrical production system 100 and its introduction respectively in the third and fourth power supply circuit according to predetermined rates.
  • the system for generating hot water and cold water of an energy production station also comprises an RF refrigerant supply circuit comprising a pressure reducer 230 of said RF refrigerant.
  • an RF refrigerant must advantageously have certain physicochemical properties: indeed, to meet the dual problem of generating hot water and cold water, such a refrigerant must be able to absorb a large amount of heat in the form of calories to generate cold water, but also to return as much heat to generate hot water.
  • said RF refrigerant must also comply with safety standards and prevent any risk related to the environment or dangerous to humans.
  • such an RF refrigerant may be 1, 1, 1, 2-tetrafluoroethane.
  • the RF refrigerant supply circuit advantageously closed, represented by a plurality of dashed solid lines and dots, makes it possible to put in fluid communication all the elements contained in said supply circuit and to circulate the fluid.
  • RF refrigerant in the system of generation of hot water and cold water 200.
  • the circuit RF refrigerant supply may comprise a plurality of conduits, preferably flexible or rigid, respectively adapted for the transport of refrigerant RF, especially physicochemical conditions, and more particularly pressure or flow.
  • said ducts may consist mainly of high density polyethylene.
  • the invention can not be limited to the type and / or the nature of the elements constituting the RF refrigerant supply circuit: the ducts can be replaced by any equivalent means in ability to provide a substantially identical function.
  • heat pumps when the heat pumps operate in closed circuit, they generally have main organs cooperating fluidically with the aid of the refrigerant RF, including:
  • a pressure reducer also known as a pressure reducer, reducing the pressure of the refrigerant RF in the liquid phase
  • a compressor actuated by any suitable means, generally electric and raising the pressure and the temperature of the refrigerant in the form of vapor by compressing it.
  • the system for generating hot and cold water 200 of an energy production station comprises all firstly a third heat exchanger 220 cooperating fluidically, that is to say being in fluid communication, with said third water supply circuit W and said refrigerant supply circuit RF.
  • the water W taken at the outlet WO, optionally alternatively at the WWI hot water inlet and / or cold water CWI, of the electrical energy production system is conveyed to the third heat exchanger 220 by means of the third circuit W water then circulates in the third heat exchanger 220 and recovers heat in the form of calories returned by the refrigerant RF, the latter being in the gaseous state and compressed: the water hot WW is so produced.
  • the third heat exchanger also called a third heat exchanger or condenser, advantageously makes it possible to transfer heat energy in the form of heat from the RF refrigerant to the water W through an exchange surface which ensures the separation of water W and RF refrigerant.
  • a transfer causes the refrigerant RF to pass from the gaseous state to the liquid state, since said RF refrigerant has transmitted its energy to the water W.
  • a third heat exchanger 220 may consist of a U-tube exchanger, a horizontal tubular heat exchanger or vertical, a plate heat exchanger, a finned exchanger or a spiral exchanger.
  • the hot water and cold water generation system 200 of an energy production station 1 comprises a fluid water outlet FWWO cooperating fluidically, that is to say in fluidic communication, with the third heat exchanger 220.
  • a hot water outlet FWWO may advantageously comprise or cooperate with water collection means (not shown in the figures) adapted to collect hot water WW.
  • Such collection means may optionally consist of one or more nozzles, pipes, tubes or drains. Said hot water outlet FWWO can optionally and directly communicate with the infrastructures or installations in which WW hot water will be directly used.
  • the hot water outlet FWWO may comprise or cooperate with a storage tank (not shown in the figures), adapted and / or arranged to keep the hot water WW for future use during a given period .
  • the refrigerant RF is advantageously in liquid form and its temperature decreases sharply.
  • the refrigerant RF is then conveyed by means of the pressure reducer 230 of the RF refrigerant supply circuit.
  • the pressure reducer 230 also known as the pressure reducer, makes it possible to reduce the pressure refrigerant RF to facilitate its evaporation.
  • a system for generating hot water and cold water also comprises a fourth heat exchanger 280 cooperating fluidically, that is to say in fluid communication, with said fourth water supply circuit W and said refrigerant supply circuit RF.
  • the water W taken at the outlet WO of the electrical energy production system 100 is conveyed to the fourth heat exchanger 280 by means of the fourth water supply circuit W.
  • the water W then circulates within the fourth heat exchanger and renders heat in the form of calories, said heat being recovered by the refrigerant RF, the latter being in the liquid state: CW cold water is thus produced.
  • the fourth heat exchanger also called a fourth heat exchanger or evaporator, advantageously makes it possible to transfer heat energy in the form of heat from water W to the refrigerant RF through an exchange surface that guarantees the separation of the water W and the refrigerant RF.
  • a transfer causes the refrigerant RF to pass from the liquid state to the gaseous state, since said RF refrigerant recovers energy by evaporating.
  • a fourth heat exchanger 280 may consist of a U-tube exchanger, a horizontal or vertical tube-beam heat exchanger, a plate heat exchanger, a finned exchanger or a spiral heat exchanger.
  • the hot water and cold water generation system 200 of an energy production station 1 comprises a cold water outlet FCWO cooperating fluidically, that is to say say in fluid communication, with the fourth heat exchanger 280.
  • a cold water outlet FCWO can advantageously include or cooperate with water collection means (not shown in the figures), adapted to collect CW cold water.
  • Such collection means may optionally consist of one or more nozzles, pipes, tubes or drains.
  • Said cold water outlet FCWO can possibly and directly communicate with the infrastructures or installations in which CW cold water will be directly used.
  • the cold water outlet FCWO may comprise or cooperate with a storage tank (not shown in the figures), adapted and / or arranged to keep CW cold water for future use during a given period .
  • the system for generating hot water and cold water 200 of an energy production station 1 comprises a compressor 240 cooperating fluidically, that is to say in fluid communication, with the third heat exchanger 220 and the fourth heat exchanger 280.
  • the compressor 240 the refrigerant RF is compressed and therefore passes a low pressure at a higher pressure due to the mechanical energy provided by the compressor 240.
  • said compressor 240 comprises a mechanical shaft S (not shown in FIG. 3A) and means for compressing the RF refrigerant which mechanically co-operates with said mechanical shaft S.
  • the compressor 240 of a system for generating hot water and cold water 200 can be selected from:
  • a piston compressor comprising one or more pistons, a cylinder for compressing the RF refrigerant in which the piston or pistons slide in leaktight manner, the refrigerant RF being admitted into the cylinder via a valve or a valve, thanks to the suction caused by the recoil of the piston or pistons;
  • a screw compressor comprising a cylinder in which the refrigerant RF is admitted, a rotatable piece pregnant by said cylinder and a rotating worm, for compressing the gaseous RF refrigerant, between the cylinder and the rotary part driven by said screw; a compressor described as "scroll”, comprising a rotor in the form of a spiral, said rotor compressing the gaseous RF refrigerant continuously by rotating around another fixed spiral.
  • the refrigerant RF is in gaseous form at high pressure and its temperature is high.
  • a hot water and cold water generation cycle can be implemented again.
  • the constraints relating to the location of an energy production station according to the invention require the development of new arrangements or configurations to facilitate the establishment and maintenance of said station.
  • the invention provides a clever configuration allowing the combination of the energies possibly produced by the electrical energy production system 100 and necessary for the implementation of the hot water and cold water generation system 200.
  • compressor 240 of the hot water and cold water generation system 200 of an energy production station 1 according to the invention is actuated by the generator 150 of the electrical energy production system 100 thereof . First and second embodiments of such an actuation will be described respectively in connection with Figures 3A and 3B in the following document.
  • the compressor 240 of a system for generating hot and cold water can be actuated by the electrical energy delivered by the generator 150 of the electrical energy production system 100.
  • energy production 1 by using the energy produced by another system, in this case the electrical energy produced by the electric power generation system 100 to allow the implementation of the hot water and cold water generation system 200 and reduce or even eliminate in some cases the external means necessary for the full implementation of said energy production station and finally propose a station practically self-sufficient.
  • the turbine 140 and the electricity generator 150 of the production system electrical energy 100 can cooperate mechanically by means of a mechanical shaft S, according to a mechanical connection, preferably but not limited to a connection flush, pivot or ball joint, or even a single shaft: it then forms a turbogenerator.
  • said shaft S of the turbo-generator can also cooperate mechanically with, that is to say be integral in a suitable mechanical connection of the compressor 240 to actuate the latter.
  • the shaft S of the turbine 140 can directly drive or actuate the compressor 240, more particularly the means for compressing the refrigerant RF
  • This configuration proves particularly advantageous, since it not only enables the pooling of the resources needed to operate a system of the energy production station 1 by the use of the energy produced by another system, but also to reduce the consumption of electrical energy and ultimately the maintenance costs of said station 1.
  • the actuation of the compressor 240 according to the second embodiment of an energy production station 1 according to the invention is carried out by means of mechanical energy.
  • an energy production station 1 in accordance with the invention consists mainly of an integrated all-in-one system and is particularly suitable for implementation on an isolated site, making it possible to provision of users on said isolated site number of different and modular energy sources.
  • an isolated site may have requirements for fresh, potable or appropriate water for example to be consumed, used in cooking or agriculture.
  • an energy production station may comprise a desalinization module 300 cooperating fluidically, that is to say in fluid communication, with, upstream of said desalination module 300, the output water WO of the electrical energy production system 100, thus making it possible to recycle the "waste" water produced by said electrical energy production system 100.
  • said desalination module 300 can be supplied directly, for all or part, in seawater, by means of an inlet in sea water and suitable distribution means, in the form of a distributor or a control valve cooperating with one or more conduits.
  • a desalination module 300 of an energy production station 1 then comprises a pump 320 for conveying water under pressure and a reverse osmosis membrane 330 supplied with water by said pump 320. , a fluid water outlet FWO cooperating fluidically, that is to say in fluid communication, with said membrane 330 of reverse osmosis.
  • the reverse osmosis membrane 330 may advantageously be selected from tubular-shaped membranes, plane membranes (also known in the English terminology as "pillow-shaped”) or spiral membranes. These are the spiral membranes that will generally be preferred, since the latter prove to be the most suitable because of low replacement costs and easier maintenance.
  • the invention can not be limited to the nature or to the number of reverse osmosis membranes present within the desalination module 300.
  • a desalination module 300 may also comprise one or more filters positioned upstream of the desalination module 300.
  • the membrane 330 (not shown in Figures 1, 3A and 3B) arranged to separate beforehand the water W of any sediment, sand or detritus and thus preserve the integrity of the reverse osmosis membrane 330.
  • Other filters may also be present in said desalination module 300 downstream of the membrane 330 (not shown in Figures 1, 3A and 3B) for extracting any flavoring or odorous elements making the water unsuitable for the consumption.
  • the desalination module of an energy production station 1 can, if necessary, be supplied with electrical energy by the electrical power generation system 100 of said station.
  • the fresh water outlet FWO may advantageously comprise or cooperate with water collection means (not shown in the figures), adapted to collect water W.
  • Such collection means may optionally consist of one or more nozzles, pipes, tubes or drains.
  • Said cold water outlet FWO can possibly and directly communicate with the infrastructures or installations in which the fresh water W will be directly used.
  • the fresh water outlet FWO may comprise or cooperate with a storage tank (not shown in the figures), adapted and / or arranged to keep the fresh water W for future use during a given period .
  • the fresh water W produced can be used to operate the system for generating hot and cold water of an energy production station according to the invention, thus allowing the pooling of resources used and energies produced.
  • the desalination module 300 of an energy production station 1 in accordance with the invention can cooperate fluidly, that is, to be in fluid communication, with downstream of said desalination module 300, the third and fourth water supply circuits of the hot water and cold water generation system 200.
  • the hot water WW and the fourth cold water supply circuit CW will, according to these advantageous embodiments, consist of hot fresh water outlets FWWO and cold fresh water FCWO, as well as the third supply circuit in water. warm WW fresh water and CW fourth cold fresh water supply circuit.
  • an energy production station 1 according to the invention may also comprise a climatic energy generation system 400, cooperating fluidly, that is, that is to say being in fluidic communication, with the water outlet WO or possibly the cold water inlet CW of the electrical energy production system 100 of the same station, thus making it possible to recycle the "wastewater" produced by said system for producing electrical energy 100 or to work by pooling the means with said electrical energy production system 100.
  • a climatic energy generation system 400 cooperating fluidly, that is, that is to say being in fluidic communication, with the water outlet WO or possibly the cold water inlet CW of the electrical energy production system 100 of the same station, thus making it possible to recycle the "wastewater" produced by said system for producing electrical energy 100 or to work by pooling the means with said electrical energy production system 100.
  • said climatic energy generating system 400 can also be fed directly, for all or part, in seawater, by means of a seawater inlet and suitable distribution means, in the advantageous form of a distributor or a control valve cooperating with one or more ducts.
  • a climate energy production system 400 of an energy production station 1 is based on the principle and technologies of cooling with cold seawater ("SWAC", “Sea Water Air Cooling", according to an English terminology -Saxon).
  • said climatic energy generating system 400 may comprise firstly a fifth water supply circuit W comprising a fifth pump 410 and fluidly cooperating with the water outlet WO or possibly the CWI cold water inlet.
  • a fifth water supply circuit W makes it possible to put in fluid communication all the elements contained in said fifth supply circuit and to circulate the water W, within the climatic energy production system 400.
  • the fifth water supply circuit W may comprise a plurality of ducts, advantageously flexible or rigid, respectively adapted to the transport of electricity.
  • water W especially physicochemical conditions, and more particularly pressure or flow.
  • said ducts may consist mainly of of high density polyethylene.
  • the invention can not be limited to the type and / or the nature of the elements constituting the fifth water supply circuit W: the ducts can be replaced by any equivalent means able to provide a substantially identical function.
  • the climatic energy generating system 400 of an energy production station 1 may also comprise a heat transfer fluid supply circuit HTF comprising a circulation pump 440 of said heat transfer fluid HTF.
  • a heat transfer fluid supply circuit HTF comprising a circulation pump 440 of said heat transfer fluid HTF.
  • Such heat transfer fluid HTF advantageously has certain physicochemical properties: in fact, such a heat transfer fluid must be able to absorb a large amount of heat in the form of calories to generate conditioned air.
  • said heat transfer fluid HTF must also comply with safety standards and prevent any risk induced and related to the environment or dangerous to humans.
  • such an HTF heat transfer fluid may be brine.
  • the HTF heat transfer fluid circuit advantageously closed, represented in FIGS. 3A and 3B by a plurality of lines and two solid discontinuous points, makes it possible to put into fluidic communication all the elements contained in said supply circuit. and to circulate the HTF heat transfer fluid within the climatic energy production system 400.
  • the HTF heat transfer fluid supply circuit may comprise a plurality of ducts, advantageously flexible or rigid, adapted respectively to the transport of HTF heat transfer fluid, in particular under physicochemical conditions, and more particularly pressure or flow.
  • said ducts may consist mainly of high-density polyethylene.
  • the latter also comprises a fifth heat exchanger 420 fluidly cooperating with said fifth water supply circuit W and said heat transfer fluid supply circuit. HTF.
  • the water W taken at the outlet WO or possibly at the cold water inlet CW of the electrical energy production system 100 is conveyed to the fifth heat exchanger 420 by means of the fifth water supply circuit W.
  • water W then circulates within the fifth heat exchanger 420 and recovers the heat in the form of calories returned by the heat transfer fluid HTF, the latter remaining in the liquid state: hot water WW is then produced. Once produced, the WW hot water can be collected and eventually used to meet the hot water requirements present at the installation site of the energy generating station.
  • the fifth heat exchanger 420 also called fifth heat exchanger, advantageously makes it possible to transfer thermal energy in the form of heat from the heat transfer fluid HTF to the water W through an exchange surface which ensures the separation of the water W and the heat transfer fluid HTF.
  • a fifth heat exchanger 420 may consist of a U-tube exchanger, a horizontal or vertical tube-beam heat exchanger, a plate heat exchanger, a finned exchanger or a spiral exchanger.
  • the climatic energy production system 400 comprises a sixth heat exchanger 430, allowing the air conditioning to be expelled.
  • a sixth heat exchanger 430 fluidly cooperates, that is to say is in fluid communication, with said HTF heat transfer fluid supply circuit. Air is drawn near the sixth heat exchanger 430 and introduced into said sixth heat exchanger 430.
  • the heat transfer fluid HTF then circulates within the sixth heat exchanger and recovers heat from the air in the form of calories. Cold air conditioning is thus produced and expelled.
  • Such air conditioning can subsequently be conveyed by means of adapted pipes, then be delivered and used to temper certain enclosures or infrastructures of the installation site with air conditioning needs.
  • the sixth heat exchanger 430 advantageously makes it possible to transfer thermal energy in the form of heat from the air to the HTF heat transfer fluid through an exchange surface which guarantees the separation of air and heat transfer fluid HTF.
  • a sixth heat exchanger 430 may be selected from a U-tube heat exchanger, a horizontal or vertical tubular heat exchanger, a plate heat exchanger, a finned exchanger or a spiral heat exchanger.
  • the electrical energy produced and delivered by the electrical energy production system 100 of an energy production station 1 according to the invention can advantageously be used for the implementation of of said climate energy generating system 400.
  • the invention has been described in its use and / or application in connection with a hotel complex located in an archipelago of isolated islands. It can also be implemented for all other categories of places, such as isolated communities, government and / or military installations, large industrial and / or commercial complexes, universities, airports or data centers (also known in the English terminology “data centers”) having the capacity to implement technologies of the "OTEC" type, that is to say in any place of the world where the necessary difference of temperatures that is, of the order of twenty degrees Celsius, between a hot source and a cold source can be observed throughout the year, typically in tropical waters.

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Abstract

Station de production d'énergies L'invention concerne une station de production d'énergies (1), comportant un système de production d'énergie électrique (100) et un système de génération d'eau chaude et d'eau froide (200) coopérant avec ledit système de production d'énergie électrique (100). Eventuellement, ladite station (1) de production d'énergies comprend également un module de désalinisation (300) et un système de production d'énergie climatique (400), coopérant tous deux avec le système de production d'énergie électrique (100).

Description

Station de production d' énergies
L'invention concerne le domaine des dispositifs et systèmes de production d'énergies employant notamment des technologies basées sur l'Energie Thermique des Mers ou maréthermique (également connue sous l'abréviation « ETM » et sous la terminologie anglo-saxonne « Océan Thermal Energy Conversion - OTEC ») . Ces derniers sont utilisés pour tous types d'usage et préférentiellement mais non limitativement , en application avec l'approvisionnement en énergies de sites isolés, tels que par exemple un archipel, préférentiellement mais non limitativement dans une zone tropicale, par exemple un complexe hôtelier aux Maldives. Aujourd'hui, le pétrole, huile minérale naturelle et mélange d'hydrocarbures, est exploité abondamment, se trouvant ainsi au cœur de la vie de tout un chacun et par conséquent au cœur de l'économie mondiale. Ce n'est d'ailleurs pas pour rien que cette source d'énergie fossile est surnommée « or noir ». En effet, le pétrole :
fournit la plupart des carburants liquides, tels que, à titre d'exemples non limitatifs, le GPL, le fioul, le gazole, le kérosène, l'essence ; est à la base de nombreux objets de la vie courante, tels qu'à titre d'exemples non limitatifs, les textiles, cosmétiques, engrais, détergents, etc., sous la forme de naphta lorsque celui-ci est produit par raffinage, puis transformé grâce à la pétrochimie ;
- rentre également dans la composition, entre autres, des bitumes, lubrifiants et paraffines. Par ailleurs, le pétrole présente de nombreux avantages, puisqu' étant une source d'énergie liquide, il est facile à pomper, stocker, transporter et utiliser. De plus, il offre une grande densité d'énergie. Néanmoins, à l'instar de tout carburant ou combustible fossile, le pétrole consiste en une source d'énergie non renouvelable, puisqu'il requiert des millions d'années pour être constitué et les ressources en pétrole s'épuisent plus rapidement que ce qu'elles ne sont produites. Enfin, le pétrole et d'autres carburants fossiles ne sont pas considérés comme des sources d'énergies vertes, puisque leur emploi a un impact direct ou indirect sur l'environnement. En effet, sur des sites d'implantations, par exemple à proximité directe d'un centre hôtelier, pour notamment produire de l'électricité en toute autonomie, des groupes électrogènes peuvent être employés. De tels groupes s'avèrent toutefois fastidieux à mettre en œuvre, puisqu'ils impliquent un approvisionnement en carburant ou combustible fossile, coûteux et peu propre. En variante ou en complément, d'autres dispositifs et/ou systèmes de production l'énergie électrique sont déployés en exploitant d'énergie solaire. Bien que moins polluants, de tels dispositifs et/ou systèmes présentent toutefois un certain nombre d'inconvénients, puisque leur bon fonctionnement est relatif à l'ensoleillement.
Pour pallier à de tels inconvénients, l'Homme a dû chercher des solutions provenant de ressources quasiment inépuisables et présentes sur notre planète. Du fait de leur étendue sur la Terre, les océans et mers agissent tel un immense capteur de rayonnement solaire, permettant le réchauffement des couches supérieures desdits océans et desdites mers. Ces couches supérieures qualifiées de « chaudes » ne se mélangent pas avec les couches inférieures qualifiées de « froides », présentes en profondeur. En effet, la densité de l'eau augmente lorsque la température de cette dernière diminue. Se basant sur cette différence de températures, des systèmes de production d'énergie, telle qu'à titre d'exemple l'électricité, ont été par la suite développés par l'emploi de technologies basées sur l'ETM ou OTEC. De tels systèmes thermiques de production d'énergie électrique, également connus sous la dénomination « centrales ETM », ne sont néanmoins et généralement exploitables que dans les zones intertropicales, pour obtenir un rendement de production suffisant. En effet, celui-ci dépend de la différence de température entre les sources d'eau chaude et d'eau froide, ladite différence pour fonctionner de façon optimale devant être de l'ordre de vingt degrés Celsius. En plus de la production d'énergie électrique, de tels systèmes peuvent éventuellement permettre la génération d'autres « énergies », utiles par exemple pour rafraîchir une atmosphère dans un local ou pour irriguer des terres cultivées .
Conceptuellement , les systèmes ETM produisent de l'énergie de par la présence d'un fluide de travail, comme par exemple de l'ammoniac, de l'eau de mer ou tout autre fluide dont le point de condensation correspond à une température proche de quatre degrés Celsius. Un tel système ETM comprend généralement un évaporateur au sein duquel est vaporisé ledit fluide de travail, au contact d'eau chaude préalablement puisée en surface. Une fois vaporisé, un tel fluide de travail est acheminé au sein d'une turbine pour entraîner la rotation de ladite turbine et finalement produire de l'électricité. Puis, afin d'être condensé à nouveau, le fluide de travail est acheminé vers un condenseur compris au sein du système au contact de l'eau froide cette fois-ci, préalablement puisée en profondeur. Bien que comportant généralement les mêmes éléments, les systèmes employant des technologies ETM peuvent fonctionner selon différents cycles ou modes de réalisation.
Selon un premier mode de réalisation, un système ETM peut fonctionner en cycle ouvert : l'eau de mer chaude est avantageusement et directement utilisée pour fabriquer de l'électricité. En effet, ladite eau chaude est tout d'abord pompée dans un réservoir à basse pression ou sous vide, ledit réservoir permettant ainsi de vaporiser ladite eau chaude. La vapeur d'eau est ainsi pure. Elle est par la suite acheminée vers une turbine qu'elle entraîne en rotation, ladite turbine étant connectée à un générateur électrique. La vapeur est ensuite introduite au sein d'un condenseur en étant exposée à de l'eau de mer froide issue des profondeurs, pour recouvrer son état liquide. Ladite eau, produite sous forme liquide in fine, peut avantageusement être employée comme eau de consommation potable, pour l'irrigation ou pour l'aquaculture. Toutefois, les systèmes de production d'énergie électrique employant un cycle ouvert d' opération présentent des inconvénients : tout d'abord, le cycle étant ouvert, il est bien souvent difficile d'effectuer un vide d'air complet au sein du système, diminuant généralement le rendement de fonctionnement d'un tel cycle ouvert. Ensuite, la faible pression présente au sein du système impose l'emploi d'une turbine de grandes dimensions, entraînant des coûts et procédés de fabrication, d' installation et de maintenance onéreux et complexes.
Selon un deuxième mode de réalisation, un système ETM peut fonctionner en cycle fermé, modélisé le plus souvent par un « cycle de Rankine Organique » (« Organic Rankine Cycle-ORC » selon des terminologie et abréviation anglo- saxonnes) . Dans ce cas de figure, un tel système ETM de production d'énergie électrique comprend tout d'abord un évaporateur au sein duquel circule de l'eau chaude préalablement pompée en surface. L'eau chaude permet ainsi de vaporiser un fluide de travail ayant avantageusement un point d'ébullition bas. C'est le cas, par exemple, de l'ammoniac. Ledit système ETM comprend alors une turbine dans laquelle transite le fluide de travail vaporisé. Ladite turbine est ainsi mue par le fluide de travail vaporisé, pour elle-même entraîner un générateur d'électricité connectée à celle-ci. Le fluide de travail sous forme gazeuse est détendu dans la turbine. La pression dudit fluide est donc plus faible en sortie de turbine. Le système ETM comporte ensuite un condenseur permettant la condensation dudit fluide de travail, ledit condenseur faisant circuler en son sein de l'eau de mer froide pour permettre une telle condensation. Le fluide de travail sous forme liquide est ensuite acheminé par un système de circulation, par exemple, une pompe, pour alimenter à nouveau 1 ' évaporateur et permettre ainsi une répétition du cycle.
Selon un troisième mode de réalisation, un système ETM peut fonctionner en un cycle hybride. Un tel cycle hybride combine les caractéristiques des systèmes à cycles ouvert et fermé. Dans cette configuration, un système ETM de production d'énergie électrique comprend une enceinte sous vide à l'intérieur de laquelle est introduite l'eau salée et vaporisée de manière très rapide, à l'instar du procédé d' évaporation au sein du cycle ouvert. La vapeur d'eau vaporise à son tour un fluide de travail, tel que l'ammoniac, présent au sein d'un circuit d'un cycle fermé, positionné à l'opposé du vaporisateur du fluide de travail. Ce dernier ainsi vaporisé entraîne une turbine, qui actionne à son tour un générateur d'électricité. Bien que permettant de tirer profit des cycles de production d'énergie électrique respectivement ouvert et fermé précédemment décrits, ledit cycle hybride induit d'autres inconvénients, en matière notamment de coûts d'investissement, d'installation et de maintenance, puisque deux fois plus de matériels sont nécessaires pour mettre en œuvre un tel cycle hybride. En outre, de par un « rejet » important d'eau froide en surface, l'emploi dudit cycle hybride entraîne un plus grand phénomène de refroidissement des eaux de surface, pouvant être néfaste pour la faune et la flore .
Par ailleurs, comme précisé précédemment, les systèmes basés sur les technologies de types ETM ou OTEC sont généralement exploitées dans les zones intertropicales, puisque pour obtenir un rendement satisfaisant, il est nécessaire d'avoir un gradient thermique suffisant entre la ou les sources froides et chaudes, de l'ordre d'au moins vingt degrés Celsius. De telles zones intertropicales comportent, selon les cas, des lieux isolés, dont les besoins en ressources ou en énergies nécessitent d'importer et/ou apporter lesdites ressources en énergies sur site. Certains systèmes développés pour la production d'énergie électrique et basés sur des technologies ETM ont fait l'objet d'améliorations et/ou de perfectionnements pour répondre aux besoins des sites sur lesquels ils sont installés. A titre d'exemples, lorsqu'un système de production d'énergie électrique emploie un cycle ouvert, tel que celui décrit précédemment, un tel système de production d'énergie électrique peut éventuellement permettre la génération d'eau douce ou être couplé à un ou plusieurs systèmes de production d'énergie climatique (également connus sous les terminologies anglo-saxonnes « Sea Water Air Conditioning Systems - SWAC Systems ») . La figure 1 présente un exemple schématique, simplifié et non limitatif d'un système 1 permettant la production de différentes énergies. Ainsi, selon la figure 1, ledit système 1 comprend :
- une centrale ETM ou système de production 100 d'énergie électrique Ei, alimenté en eau froide CW et en eau chaude WW respectivement par des entrées d'eau froide CWI et d'eau chaude WWI prélevant de l'eau de mer en profondeur et de l'eau de mer en surface ;
- un système de production 400 d'énergie climatique E2 alimenté en eau froide CW par une entrée d'eau froide CWI prélevant de l'eau de mer froide, généralement mais non limitativement issue des profondeurs et en électricité par un générateur d'électricité 50 ;
- un module de désalinisation 300 pour générer de l'eau douce E3, alimenté en eau froide CW par une entrée d'eau froide CWI prélevant de l'eau de mer froide, généralement mais non limitativement issue des profondeurs ou alimenté en eau chaude WW par une entrée d' eau chaude WWI prélevant de l'eau de mer chaude, généralement mais non limitativement issue de la surface et en électricité par un générateur d'électricité
50.
Les différents éléments 100, 300 et 400 composant un système 1 permettant la production de différentes énergies sont en conséquence juxtaposés et ne contribuent pas aux fonctionnements des uns aux autres.
Ainsi, aucune des solutions actuelles ne propose de systèmes « tout-en-un » et permettant de répondre à tous les besoins que peuvent requérir de tels sites isolés, que ce soit en matière de climatisation, d'eau potable, d'eau pour l'irrigation et/ou les besoins domestiques en eau courante. Ainsi, de tels sites ont recours à une pluralité de systèmes de production distincts et autonomes, décuplant les coûts d'acquisition, d'installation et de maintenance.
L' invention permet de répondre à tout ou partie des inconvénients soulevés par les solutions connues.
Parmi les nombreux avantages apportés par une station de production d'énergies conforme à l'invention, nous pouvons mentionner que celle-ci permet :
de limiter voire de s'affranchir de l'emploi de carburants fossiles polluants et ainsi de proposer un système basé sur des ressources naturelles, propres et renouvelables, ne produisant que peu ou pas de dioxyde de carbone ou autres produits polluants ; d'offrir un système de production en continu, ladite production étant indépendante de l'ensoleillement ;
de proposer un système tout-en-un intégré, adapté notamment pour être mis en œuvre sur des sites isolés, comme par exemple un atoll, répondant à tout ou partie des besoins en ressources et énergies des habitants dudit atoll, grâce l'interaction et/ou la synergie de différentes technologies ;
de diminuer le nombre d'équipements et dispositifs employés en facilitant l'installation par la combinaison d'éléments au sein de la station et en mutualisant les ressources employées pour le fonctionnement de la station.
A cette fin, il est notamment prévu une station de production d'énergies, comportant un système de production d'énergie électrique comportant :
- un premier circuit d'alimentation en eau chaude comportant une première pompe et une première entrée d'eau chaude coopérant avec ladite première pompe ;
un deuxième circuit d'alimentation en eau froide comportant une deuxième pompe et une deuxième entrée d'eau froide coopérant avec ladite deuxième pompe ;
un circuit d'alimentation en fluide de travail comportant une pompe de circulation dudit fluide de travail ; un premier échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit premier circuit d'alimentation en eau chaude et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail ;
- un deuxième échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit deuxième circuit d'alimentation en eau froide et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail ;
une turbine coopérant fluidiquement avec les premier et deuxième échangeurs thermiques ;
un générateur d'électricité coopérant avec ladite turbine selon une liaison mécanique ;
une sortie d'eau coopérant fluidiquement avec les premier et deuxième échangeurs thermiques. Pour offrir un système « tout-en-un » intégré répondant éventuellement aux besoins en ressources et énergies présents sur des sites isolés, tout en simplifiant l'agencement et la maintenance d'une station de production d'énergies conforme à l'invention, cette dernière comporte en outre un système de génération d'eau chaude et d'eau froide coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau dudit système de production d'énergie électrique et comportant :
un troisième circuit d'alimentation en eau comportant une troisième pompe coopérant fluidiquement en amont avec la sortie d'eau du dudit système de production d'énergie électrique ;
un quatrième circuit d'alimentation en eau comportant une quatrième pompe coopérant fluidiquement en amont avec la sortie d'eau dudit système de production d'énergie électrique ;
un circuit d'alimentation en fluide frigorigène coopérant avec un réducteur de pression dudit fluide frigorigène ;
un troisième échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit troisième circuit d'alimentation en eau et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène ;
- un quatrième échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit quatrième circuit d'alimentation en eau et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène ; un compresseur coopérant fluidiquement avec les troisième et quatrième échangeurs thermiques ; une sortie d'eau douce chaude coopérant fluidiquement avec ledit troisième échangeur thermique ;
une sortie d'eau douce froide coopérant fluidiquement avec ledit quatrième échangeur thermique .
En outre, le compresseur du système de génération d'eau chaude et d'eau froide d'une station de production d'énergies conforme à l'invention est actionné par le générateur du système de production d'énergie électrique.
Selon un premier mode de réalisation avantageux mais non limitatif d'une station de production d'énergies conforme à l'invention, le compresseur du système de génération d'eau chaude et d'eau froide de cette dernière peut être actionné par l'énergie électrique délivrée par ledit générateur du système de production d'énergie électrique . En variante, selon un deuxième mode de réalisation non limitatif d'une station de production d'énergies conforme à l'invention, la turbine et le générateur d'électricité du système de production d'énergie électrique de celle-ci peuvent coopérer mécaniquement au moyen d'un arbre mécanique, ledit arbre coopérant également et mécaniquement avec le compresseur du système de génération d'eau chaude et d'eau froide pour actionner ledit compresseur.
En variante ou en complément, pour offrir d'autres services en réponse aux besoins présents sur un site isolé, notamment de l'eau douce éventuellement consommable, une station de production d'énergies conforme à l'invention peut en outre comprendre un module de désalinisation comportant une pompe et une membrane d'osmose inversée alimentée en eau par ladite pompe, une sortie d'eau douce coopérant fluidiquement avec ladite membrane d'osmose inversée, ledit module de désalinisation coopérant fluidiquement avec, en amont dudit module de désalinisation la sortie d'eau du système de production d'énergie électrique et en aval dudit module de désalinisation, les troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau du système de génération d'eau chaude et d'eau froide.
Enfin, en variante ou en complément, une station de production d'énergies conforme à l'invention peut également et avantageusement comporter un système de production d'énergie climatique coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau du système de production d'énergie électrique, le système de production d'énergie climatique comportant : un cinquième circuit d'alimentation en eau comportant une cinquième pompe et coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau ;
un circuit d'alimentation en fluide caloporteur comportant une pompe de circulation dudit fluide caloporteur ;
un cinquième échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit cinquième circuit d'alimentation en eau et ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur ; un sixième échangeur thermique coopérant fluidiquement avec ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent parmi lesquelles :
la figure 1 décrit une vue schématique simplifiée d'un système permettant la production de différentes énergies selon l'Etat de la Technique ;
la figure 2 illustre une vue schématique simplifiée d'une station de production d'énergies conforme à l'invention ;
les figures 3A et 3B décrivent des vues schématiques respectives d'un premier et d'un deuxième modes de réalisation d'une station de production d'énergies conforme à l'invention. La figure 2 schématise de manière simplifiée une station de production d'énergies conforme à l'invention. Dans tout le document et au sens de l'invention, on entend par « énergie » toute ressource, c'est-à-dire un moyen matériel, consommable et éventuellement produit par l'Homme. Ainsi, à titre d'exemples non limitatifs, selon la figure 2, de telles énergies (représentées sur la figure 2 par des icônes) peuvent avantageusement consister en de l'électricité Ei , de l'air conditionné E2, de l'eau douce E3, de l'eau potable E4, de l'eau chaude E5, de l'eau adaptée pour son emploi dans l'agriculture ou encore dans l'aquaculture Ee. L' invention ne saurait être limitée à la nature des énergies produites par ladite station. Toutefois, préférentiellement , de telles énergies consisteront en de l'électricité Ei , de l'air conditionné E2, de l'eau froide E3 et de l'eau chaude E5. Aussi, une station de production d'énergies conforme à l'invention peut être adaptée aux fonctions et énergies à produire. Ladite station peut ainsi comporter une pluralité de systèmes, permettant la génération des différentes énergies. Le terme « centrale » pourra être indifféremment employé en lieu et place de « station ». A titre d'exemples non limitatifs, selon la figure 2, une station 1 de production d'énergies conforme à l'invention comporte un système de production d'énergie électrique 100, alimenté en eau chaude et en eau froide respectivement par des entrées d'eau chaude WWI et d'eau froide CWI et basé sur des technologies ETM, un système de génération d'eau chaude et d'eau froide 300, alimenté en eau froide CW et en électricité par ledit système de production d'énergie électrique 100 et un système de production d'énergie climatique 400 alimenté en eau froide CW et en électricité par ledit système de production d'énergie électrique 100 et produisant également de l'eau chaude WW pour le système de production d'énergie électrique 100. Les différents systèmes précédemment mentionnés et leurs diverses coopérations seront décrits plus loin, en lien notamment avec les figures 3A et 3B. Eventuellement, toujours selon la figure 2, une station 1 de production d'énergies peut également comporter un module de désalinisation 300, alimenté en eau W, éventuellement froide CW ou chaude WW, par le système de production d'énergie électrique 100 et alimentant en eau le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 300. Un tel module de désalinisation 300 permet notamment d'obtenir de l'eau douce, voire dans certains cas de l'eau potable et/ou consommable pour les besoins courants.
Les figures 3A et 3B schématisent respectivement des premier et deuxième modes de réalisation d'une station de production d'énergies conforme à l'invention, lors de son installation, préférentiellement dans un archipel d'îles, par exemple aux Maldives, pour répondre aux besoins en énergies et ressources au sein dudit archipel. L' invention ne saurait toutefois être limitée à ce seul exemple d'application.
Selon les figures 3A et 3B, une station 1 de production d'énergies conforme à l'invention comporte un système de production d'énergie électrique 100. Comme précisé précédemment, préférentiellement , un tel système de production d'énergie électrique 100 emploie des technologies ETM/OTEC, consistant principalement en des méthodes utilisant un gradient thermique présent entre des eaux de mer froides profondes et des eaux de mer en surface chaudes tropicales pour produire de l'électricité sans émission de carbone.
Ainsi, selon les figures 3A et 3B, le système de production d'énergie électrique 100 d'une station 1 conforme à l'invention comporte un premier circuit d'alimentation en eau chaude WW comportant une première pompe 110 et une première entrée d'eau chaude WWI coopérant avec ladite première pompe 110. Un tel premier circuit d'alimentation en eau chaude WW, représenté par une pluralité de traits continus pleins, permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit premier circuit d'alimentation et d'acheminer l'eau chaude WW au système de production d'énergie électrique 100. De manière analogue, le système de production d'énergie électrique 100 d'une station 1 conforme à l'invention comporte un deuxième circuit d'alimentation en eau froide CW comportant une deuxième pompe 190 et une deuxième entrée d'eau froide CWI coopérant avec ladite deuxième pompe 190. Un tel deuxième circuit d'alimentation en eau froide CW, représenté par une pluralité de traits pointillés pleins, permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit deuxième circuit d'alimentation et d'acheminer l'eau froide CW au système de production d'énergie électrique 100. De manière avantageuse mais non limitative, de tels premier et deuxième circuits d'alimentation peuvent comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport de l'eau chaude WW et de l'eau froide CW, notamment aux conditions physico¬ chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et le maintien des conduits dans des eaux sous-marines, notamment la résistance à la corrosion, et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité (également connu sous les terminologies anglo-saxonnes « High- Density PolyEthylene - HDPE ») . Par ailleurs, l'invention ne saurait être limitée au type et/ou à la nature des éléments constituant les premier et deuxième circuits d'alimentation : les conduits peuvent être remplacés par tout moyen équivalent en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique.
Ainsi que cité précédemment, lesdits premier et deuxième circuits d'alimentation en eau chaude WW et en eau froide CW comportent une première entrée d'eau chaude WWI et une deuxième entrée d'eau froide CWI . De telles première et deuxième entrées respectives d'eau chaude WWI et d'eau froide CWI permettent d'acheminer l'eau chaude et l'eau froide à leur circuit d'alimentation respectif et peuvent avantageusement être matérialisées sous la forme d'un ou plusieurs conduits (également connus sous la dénomination anglo-saxonne « intake pipe ») , avantageusement et principalement constitués de polyéthylène haute-densité. En complément, lesdites première et deuxième entrées respectives d'eau chaude WWI et d'eau froide CWI peuvent comporter ou coopérer avec un ou plusieurs filtres (« strainer » selon une terminologie anglo-saxonne ») en PEHD ou en acier ou tout autre matériau adapté, prévenant de l'introduction de tout élément extérieurs qui pourrait potentiellement endommager ou limiter les performances des conduits ou des pompes. La première entrée d'eau chaude CWI étant positionnée dans les eaux superficielles, son maintien peut s'avérer dans certains cas complexe, du fait de la présence de courants et de vagues. Pour garantir la stabilité de ladite entrée et limiter son déplacement, une telle première entrée d'eau chaude CWI peut également comporter ou coopérer avec un ou plusieurs moyens de lestage et/ou de flottabilité adaptés (également connu sous la dénomination anglo-saxonne « ballast » et/ou « buoyancy ») . Les dimensions de la deuxième entrée d'eau froide CWI, quant à elle, sont avantageusement agencées pour pouvoir acheminer de l'eau froide depuis une profondeur suffisante, par exemple sept cents ou mille mètres de profondeur, afin que ladite eau froide CW puisée soit à une température d'environ quatre à sept degrés Celsius.
Par ailleurs, comme mentionné précédemment, lesdits premier et deuxième circuits d'alimentation en eau chaude WW et en eau froide CW comportent respectivement des première et deuxième pompes 110, 190 permettant l'aspiration de l'eau chaude WW et de l'eau froide CW et leurs introductions dans leurs circuits d'alimentation respectifs selon des débits prédéterminés.
Préférentiellement , afin de satisfaire aux contraintes inhérentes à l'installation et le maintien des conduits dans des eaux de mer, notamment la résistance à la corrosion, et les différents débits et pressions, lesdites première et deuxième pompes peuvent être constituées d'un matériau de type alliages dit « super duplex ». L'invention ne saurait toutefois être limitée au nombre de pompes présentes dans lesdits circuits d'alimentation ou encore à la nature des matériaux desdites pompes. Ainsi, afin de garantir un débit suffisant, l'invention prévoit que les premier et deuxième circuits d'alimentation peuvent comporter une pluralité de première et deuxième pompes. Par ailleurs, dans tout le document, l'invention ne saurait être limitée au seul emploi de pompes : ces dernières peuvent être remplacées par tout moyen équivalent en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique, c'est-à- dire tout dispositif ou système permettant la circulation de fluide.
Le système de production d'énergie électrique 100 d'une station 1 conforme à l'invention est agencé pour mettre en œuvre une technologie ETM en cycle fermé. A cet effet, pour faire fonctionner un tel système de production d'énergie électrique 100, ce dernier comporte un circuit d'alimentation en fluide de travail WF comportant une pompe de circulation 130 dudit fluide de travail WF. Un tel fluide de travail doit avantageusement posséder certaines propriétés physico-chimiques, notamment un point ou température d'ébullition relativement bas, de l'ordre de dix-neuf degrés Celsius sous pression. Avantageusement mais non limitativement , un tel fluide de travail WF peut consister en de l'ammoniac. Néanmoins, afin d'apporter suffisamment de pression au système pour générer de l'énergie électrique, tout en employant des fluides réfrigérants non dangereux, éventuellement respectueux des problématiques de réchauffement climatique, un tel fluide de travail WF est préférentiellement et principalement constitué de 1 , 1 , 1 , 2-tétrafluoroéthane, puisque celui-ci est non inflammable et non toxique. Quant à lui, le circuit d'alimentation en fluide de travail WF, avantageusement fermé, représenté en figures 3A et 3B par une pluralité de traits discontinus pleins et rapprochés, permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit circuit d'alimentation et de faire circuler le fluide de travail WF au sein du système de production d'énergie électrique 100. A l'instar des premier et deuxième circuits d'alimentation, le circuit d'alimentation en fluide de travail WF peut comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport du fluide de travail WF, notamment aux conditions physico-chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de satisfaire aux contraintes inhérentes à l'installation et le maintien des conduits dans des eaux en mer, notamment la résistance à la corrosion, et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité PEHD (également connu sous les terminologies anglo-saxonnes « High-Density PolyEthylene - HDPE ») . Par ailleurs, l'invention ne saurait être limitée au type et/ou à la nature des éléments constituant le circuit d'alimentation en fluide de travail WF : les conduits peuvent être remplacés par tout moyen équivalent en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique.
Par ailleurs, afin de mettre en œuvre le cycle fermé du système de production d'énergie électrique 100, ce dernier comporte également un premier échangeur thermique 120 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire étant en communication fluidique, avec ledit premier circuit d'alimentation en eau chaude WW et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail WF. L'eau chaude WW, avantageusement prélevée en surface à une température de l'ordre de vingt-cinq à trente-cinq degrés Celsius, est acheminée vers le premier échangeur thermique 120 au moyen du premier circuit d'alimentation. L'eau chaude WW circule alors à travers le premier échangeur thermique 120 et transfère sa chaleur sous forme de calories afin de porter à ébullition le fluide de travail WF, celui-ci passant à l'état de vapeur. Ainsi, le premier échangeur thermique 120, également qualifié de premier échangeur de chaleur ou évaporateur, permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique sous la forme de chaleur de l'eau chaude WW vers le fluide de travail WF au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'eau chaude WW et du fluide de travail WF. C'est ce transfert d'énergie thermique ou de chaleur qui permet la vaporisation dudit fluide de travail WF. A titre d'exemple préféré mais non limitatif, le premier échangeur thermique 120 peut avantageusement consister en un échangeur à plaques, également connu sous les dénominations anglo-saxonnes « Plate heat exchanger » ou « Gasket type heat exchanger ». Ledit premier échangeur thermique, avantageusement à plaques ou toute autre technologie d' échangeur garantissant l'efficacité du système, peut comporter des plaques constituées préférentiellement de Titane, pour garantir une longévité dudit échangeur thermique.
Par la suite, le fluide de travail WF, sous la forme de vapeur, se détend à travers une ou éventuellement plusieurs turbines entraînant un ou plusieurs générateurs pour finalement créer de l'énergie électrique. Aussi, le système de production d'énergie électrique 100 d'une station 1 conforme à l'invention comporte une turbine 140 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire étant en communication fluidique, grâce au fluide de travail WF, avec le premier échangeur thermique 120.
Préférentiellement , mais non limitativement , une telle turbine 140 consiste en une turbine à impulsion à flux de gaz axial (également connue sous la dénomination anglo- saxonne « single axial impulse type turbine ») , éventuellement aménagée avec une admission partielle (non représentée sur les figures 3A et 3B) de vapeur de fluide de travail WF, ladite admission partielle permettant de contrôler la puissance de sortie de la turbine. L'énergie cinétique du fluide de travail WF sous forme de vapeur permet d'entraîner en rotation des aubes, sur lesquelles s'exerce l'action du fluide de travail WF, et un arbre S, lesdites aubes étant présentes au sein de ladite turbine 140. Une énergie thermique est ainsi convertie en énergie mécanique .
Tout ou partie de cette énergie mécanique peut ensuite être convertie en énergie électrique. Pour ce faire, le système de production d'énergie électrique 100 d'une station 1 conforme à l'invention comprend un générateur d'électricité 150 coopérant avec ladite turbine 140 selon une liaison mécanique. Ainsi, la turbine 140 et le générateur d'électricité 150 du système de production d'énergie électrique peuvent être connectés et former une seule et même entité, ladite entité étant communément qualifiée de « turbogénérateur » ou « turboalternateur ». La liaison mécanique entre la turbine 140 et le générateur 150, éventuellement sous la forme d'une liaison encastrement, pivot ou rotule, est avantageusement matérialisée par l'arbre S actionné par les aubes de la turbine, ledit arbre S permettant la transmission de l'énergie mécanique pour que celle-ci soit convertie en énergie électrique par le générateur. A titre d'exemple préféré, le générateur 150 du système de production électrique 100 peut avantageusement comprendre un générateur électrique à aimants permanents montés rotatifs sur l'axe S relativement à des bobinages du conducteur électrique.
Ensuite, le système de production d'énergie électrique 100 fonctionnant en cycle fermé, la vapeur du fluide de travail WF est à nouveau condensée en liquide pour finalement être recyclé au sein dudit système de production d'énergie électrique. Pour ce faire, ledit système de production d'énergie électrique 100 comporte aussi un deuxième échangeur thermique 180 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire étant en communication fluidique, avec ledit deuxième circuit d'alimentation en eau froide CW et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail WF. L'eau froide CW, avantageusement prélevée à des profondeurs de l'ordre de sept-cent à mille mètres à une température de l'ordre de quatre à sept degrés Celsius, est acheminée vers le deuxième échangeur thermique 180 au moyen du deuxième circuit d'alimentation. L'eau froide CW circule alors à travers le deuxième échangeur thermique 180 et transfère son énergie thermique afin de condenser le fluide de travail WF, ce dernier passant de l'état gazeux à l'état liquide. Ainsi, le deuxième échangeur thermique 180, également qualifié de deuxième échangeur de chaleur ou condenseur, permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique de l'eau froide CW vers le fluide de travail WF au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'eau froide CW et du fluide de travail WF. C'est ce transfert d'énergie thermique qui permet la condensation dudit fluide de travail WF. Avantageusement mais non limitativement , à l'instar du premier échangeur thermique 120, un tel deuxième échangeur thermique 180 peut consister en un échangeur à double paroi. A titre d'exemple préféré mais non limitatif, le deuxième échangeur thermique 180 peut consister en un échangeur à plaques (également connu sous les dénominations anglo- saxonnes « Plate heat exchanger » ou « Gasket type heat exchanger ») .
Une fois le fluide de travail WF à nouveau à l'état liquide, un cycle de production d'énergie électrique à travers le système de production 100 est à nouveau mis en œuvre. L'eau chaude WW et l'eau froide CW, quant à elles, sont par la suite acheminées à l'extérieur du système, puisque leurs températures respectives ne sont plus adéquates pour alimenter les premier et deuxième échangeurs thermiques 120, 180, afin de respectivement vaporiser et condenser le fluide de travail WF. A cet effet, le système de production d'énergie électrique 100 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comprend une sortie d'eau WO coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec les premier et deuxième échangeurs thermiques 120 et 180. Une telle sortie d'eau WO peut avantageusement comprendre ou coopérer avec des moyens de collection d'eau (non représentés sur les figures), adaptés pour recueillir l'eau W. De tels moyens de collection peuvent éventuellement consister en une ou plusieurs buses, canalisations, tubes ou drains. Ladite sortie d'eau WO peut éventuellement et directement communiquer avec les eaux de mer afin de rejeter, quand bien même seulement une partie, des eaux usées chaudes et froides inhérentes au fonctionnement du système de production d'énergie électrique 100. En variante ou en complément, la sortie d'eau WO peut comporter ou coopérer avec un réservoir de stockage (non représenté sur les figures) , adapté et/ou agencé pour conserver ou transférer l'eau W pour un futur usage durant une période déterminée.
Ainsi que précisé précédemment, un des nombreux avantages d'une station de production 1 conforme à l'invention est de proposer un système tout-en-un intégré, adapté notamment pour être mis en œuvre sur des sites isolés. Aussi, les énergies produites, telles que par exemple celles représentées en lien avec la figure 2, peuvent consister, de manière non exhaustive, en de l'électricité, de l'air conditionné, de l'eau douce, de l'eau potable, de l'eau chaude, de l'eau adaptée pour son emploi dans l'agriculture ou encore dans l'aquaculture. Aussi, les eaux « usées » à la sortie d'eau WO du système de production d'énergie électrique 100 peuvent éventuellement être réemployées pour la mise en œuvre d'un autre système et la production d'autres énergies, telles que celles définies au sens de l'invention et en lien avec la figure 2. Selon les figures 3A et 3B, une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comporte en outre un système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec la sortie d'eau WO dudit système de production d'énergie électrique 100. Les eaux « usées » à la sortie d'eau WO du système de production d'énergie électrique 100 sont réemployées pour la mise en œuvre d'un autre système et la production d'autres énergies, telles que celles définies au sens de l'invention et en lien avec la figure 2, notamment la génération d'eau chaude et d'eau froide. La communication fluidique entre la sortie d'eau WO du système de production d'énergie électrique 100 et le système de génération d'eau chaude et d'eau froide peut avantageusement être réalisée par un ou plusieurs conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport de l'eau W, notamment aux conditions physico-chimiques de ladite eau, et plus particulièrement de pression ou de débit. Eventuellement, pour accroître, le rendement d'eau douce produit, la sortie d'eau WO pourrait coopérer avec un dispositif de chauffage. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et au maintien des conduits dans des eaux sous-marines, notamment la résistance à la corrosion, les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité.
Afin d'obtenir les énergies finalement attendues, conformément aux figures 3A et 3B, le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies conforme à l'invention se base sur le principe et les technologies des pompes à chaleur. Puisque le système 200 permet à la fois de générer de l'eau chaude et de l'eau froide, il peut être qualifié de « thermo-frigo-pompe ». Aussi, selon les figures 3A et 3B, un tel système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 comporte des troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau W comportant respectivement des troisième et quatrième pompes 210, 290, lesdites pompes coopérant fluidiquement en amont avec la sortie d'eau WO dudit système de production d'énergie électrique 100. A l'instar des premier et deuxième circuits d'alimentation respectivement en eau chaude WW et en eau froide CW, lesdits troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau W, représentés par une pluralité de traits discontinus pleins, permettent de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans lesdits troisième et quatrième circuits d'alimentation et d'acheminer l'eau W au système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200. De manière avantageuse mais non limitative, de tels troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau W peuvent comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport de l'eau W, notamment aux conditions physico-chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et au maintien des conduits dans des eaux en mer, notamment la résistance à la corrosion et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité (également connu sous les terminologies anglo-saxonnes « High- Density PolyEthylene - HDPE ») . Par ailleurs, l'invention ne saurait être limitée au type et/ou à la nature des éléments constituant les premier et deuxième circuits d'alimentation : les conduits peuvent être remplacés par tous moyens équivalents en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique. Comme évoqué précédemment, les troisième et quatrième pompes 210, 290 permettent l'aspiration de l'eau W à la sortie d'eau WO du système de production électrique 100 et son introduction respectivement dans les troisième et quatrième circuits d'alimentation selon des débits prédéterminés .
Généralement, les pompes à chaleur actuelles, fonctionnent en circuit fermé et requièrent l'emploi d'un fluide dit frigorigène pour assurer les transferts thermiques. Ainsi, le système de génération d'eau chaude et d'eau froide d'une station de production d'énergies conforme à l'invention comporte également un circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF comportant un réducteur de pression 230 dudit fluide frigorigène RF. Un tel fluide frigorigène RF doit avantageusement posséder certaines propriétés physico-chimiques : en effet, pour répondre à la double problématique de génération d'eau chaude et d'eau froide, un tel fluide frigorigène doit être capable d'absorber une grande quantité de chaleur sous la forme de calories pour générer de l'eau froide, mais également de restituer autant de quantité de chaleur pour générer de l'eau chaude. En outre, ledit fluide frigorigène RF doit par ailleurs respecter des normes de sécurité et prévenir tout risque induit lié à l'environnement ou à la dangerosité pour l'Homme. A titre d'exemples non limitatifs, un tel fluide frigorigène RF peut être le 1 , 1 , 1 , 2-tétrafluoroéthane . Le circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF, quant à lui avantageusement fermé, représenté par une pluralité de traits et de points discontinus pleins, permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit circuit d'alimentation et de faire circuler le fluide frigorigène RF, au sein du système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200. A l'instar des autres circuits d'alimentation d'ores et déjà présentés dans la station de production d'énergies, le circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF peut comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport du fluide frigorigène RF, notamment aux conditions physico- chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et au maintien des conduits dans des eaux en mer, notamment la résistance à la corrosion, et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité. Par ailleurs, l'invention ne saurait être limitée au type et/ou à la nature des éléments constituant le circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF : les conduits peuvent être remplacés par tout moyen équivalent en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique.
Par ailleurs, lorsque les pompes à chaleur fonctionnent en circuit fermé, elles disposent généralement d' organes principaux coopérant fluidiquement à l'aide du fluide frigorigène RF, dont notamment :
un condenseur, permettant le passage de l'eau W à l'état d'eau chaude WW par la libération de la chaleur du fluide frigorigène RF ;
un réducteur de pression, également qualifié de détendeur, diminuant la pression du fluide frigorigène RF en phase liquide ;
un évaporateur, permettant le « prélèvement » de chaleur sous la forme de calories à l'eau W pour vaporiser le fluide frigorigène RF ;
- un compresseur, actionné par tout moyen adapté, généralement électrique et élevant la pression et la température du fluide frigorigène sous forme de vapeur en le comprimant.
Aussi, pour mettre en œuvre un cycle fermé d'une pompe à chaleur tel que décrit précédemment, le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies conforme à l'invention comporte tout d'abord un troisième échangeur thermique 220 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire étant en communication fluidique, avec ledit troisième circuit d'alimentation en eau W et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF. L'eau W prélevée à la sortie WO, éventuellement en variante aux entrées d'eau chaude WWI et/ou d'eau froide CWI, du système de production d'énergie électrique est acheminée vers le troisième échangeur thermique 220 au moyen du troisième circuit d'alimentation en eau W. L'eau W circule alors au sein du troisième échangeur thermique 220 et récupère de la chaleur sous forme de calories restituées par le fluide frigorigène RF, ce dernier étant à l'état gazeux et comprimé : l'eau chaude WW est ainsi produite. Le troisième échangeur thermique, également qualifié de troisième échangeur de chaleur ou condenseur, permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique sous forme de chaleur du fluide frigorigène RF vers l'eau W au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'eau W et du fluide frigorigène RF. Un tel transfert entraîne le passage du fluide frigorigène RF de l'état gazeux à l'état liquide, puisque ledit fluide frigorigène RF a transmis son énergie à l'eau W. A titre d'exemple non limitatif, un tel troisième échangeur thermique 220 peut consister en un échangeur à tubes en U, un échangeur à faisceau tubulaire horizontal ou vertical, un échangeur à plaques, un échangeur à ailettes ou encore un échangeur à spirales.
Une fois produite, l'eau chaude WW peut être recueillie et finalement utilisée pour répondre aux besoins en eau chaude présents sur le site d' installation de la station de production d'énergies. Pour ce faire, le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comprend une sortie d'eau chaude FWWO coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec le troisième échangeur thermique 220. Une telle sortie d'eau chaude FWWO peut avantageusement comprendre ou coopérer avec des moyens de collection d'eau (non représentés sur les figures), adaptés pour recueillir l'eau chaude WW. De tels moyens de collection peuvent éventuellement consister en une ou plusieurs buses, canalisations, tubes ou drains. Ladite sortie d'eau chaude FWWO peut éventuellement et directement communiquer avec les infrastructures ou installations dans laquelle l'eau chaude WW sera directement employée. En variante ou en complément, la sortie d'eau chaude FWWO peut comporter ou coopérer avec un réservoir de stockage (non représenté sur les figures), adapté et/ou agencé pour conserver l'eau chaude WW pour un futur usage durant une période déterminée. A la sortie du condenseur ou troisième échangeur thermique 220, le fluide frigorigène RF est avantageusement sous forme liquide et sa température diminue fortement. Le fluide frigorigène RF est ensuite acheminé au moyen du réducteur de pression 230 du circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF. Le réducteur de pression 230, également connu sous la dénomination de détendeur, permet de diminuer la pression du fluide frigorigène RF afin de faciliter son évaporation .
Par la suite, pour permettre 1 ' évaporation du fluide frigorigène RF, un système de génération d'eau chaude et d'eau froide comprend aussi un quatrième échangeur thermique 280 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec ledit quatrième circuit d'alimentation en eau W et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène RF. L'eau W prélevée à la sortie WO du système de production d'énergie électrique 100 est acheminée vers le quatrième échangeur thermique 280 au moyen du quatrième circuit d'alimentation en eau W. L'eau W circule alors au sein du quatrième échangeur thermique et restitue de la chaleur sous forme de calories, ladite chaleur étant récupérée par le fluide frigorigène RF, ce dernier étant à l'état de liquide : l'eau froide CW est ainsi produite. Ainsi, le quatrième échangeur thermique, également qualifié de quatrième échangeur de chaleur ou évaporateur, permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique sous forme de chaleur de l'eau W vers le fluide frigorigène RF au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'eau W et du fluide frigorigène RF. Un tel transfert entraîne le passage du fluide frigorigène RF de l'état liquide à l'état gazeux, puisque ledit fluide frigorigène RF récupère de l'énergie en s' évaporant. A titre d'exemple non limitatif, un tel quatrième échangeur thermique 280 peut consister en un échangeur à tubes en U, un échangeur à faisceau tubulaire horizontal ou vertical, un échangeur à plaques, un échangeur à ailettes ou encore un échangeur à spirales. Une fois produite, l'eau froide CW peut être recueillie et finalement utilisée pour répondre aux besoins en eau froide présents sur le site d' installation de la station de production d'énergies. Pour ce faire, le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comprend une sortie d'eau froide FCWO coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec le quatrième échangeur thermique 280. Une telle sortie d'eau froide FCWO peut avantageusement comprendre ou coopérer avec des moyens de collection d'eau (non représentés sur les figures), adaptés pour recueillir l'eau froide CW. De tels moyens de collection peuvent éventuellement consister en une ou plusieurs buses, canalisations, tubes ou drains. Ladite sortie d'eau froide FCWO peut éventuellement et directement communiquer avec les infrastructures ou installations dans laquelle l'eau froide CW sera directement employée. En variante ou en complément, la sortie d'eau froide FCWO peut comporter ou coopérer avec un réservoir de stockage (non représenté sur les figures), adapté et/ou agencé pour conserver l'eau froide CW pour un futur usage durant une période déterminée.
Une fois vaporisé, le fluide frigorigène RF doit être comprimé pour pouvoir opérer un transfert de chaleur. Le système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comprend un compresseur 240 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec le troisième échangeur thermique 220 et le quatrième échangeur thermique 280. Au sein du compresseur 240, le fluide frigorigène RF est comprimé et passe donc d'une basse pression à une pression plus élevée grâce à l'énergie mécanique fournie par le compresseur 240. Au minimum, ledit compresseur 240 comprend un arbre mécanique S (non représenté sur la figure 3A) et des moyens pour comprimer le fluide frigorigène RF coopérant mécaniquement avec ledit arbre mécanique S. A titre d'exemples avantageux mais non limitatifs, le compresseur 240 d'un système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 peut être sélectionné parmi :
- un compresseur à piston, comportant un ou plusieurs pistons, un cylindre pour comprimer le fluide frigorigène RF au sein duquel coulissent de manière étanche le ou les pistons, le fluide frigorigène RF étant admis dans le cylindre par l'intermédiaire d'un clapet ou d'une soupape, grâce à l'aspiration provoquée par le recul du ou des pistons ;
un compresseur à vis, comprenant un cylindre au sein duquel est admis le fluide frigorigène RF, une pièce rotative enceinte par ledit cylindre et une vis sans fin tournant, pour comprimer le fluide frigorigène RF gazeux, entre le cylindre et la pièce rotative entraînée par ladite vis ; un compresseur qualifié de « scroll », comportant un rotor sous forme de spirale, ledit rotor comprimant le fluide frigorigène RF gazeux en continu en tournant autour d'une autre spirale fixe.
À la sortie du compresseur 240, le fluide frigorigène RF est sous forme gazeuse à haute pression et sa température est élevée. Un cycle de génération d'eau chaude et d'eau froide peut à nouveau être mis en œuvre. Les contraintes relatives au lieu d' implantation d'une station de production d'énergies conforme à l'invention imposent de développer de nouveaux agencements ou configurations pour faciliter la mise en place et la maintenance de ladite station. Ainsi l'invention prévoit une configuration astucieuse permettant la combinaison des énergies éventuellement produites par le système de production d'énergie électrique 100 et nécessaires pour la mise en œuvre du système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200. Ainsi, le compresseur 240 du système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention est actionné par le générateur 150 du système de production d'énergie électrique 100 de celle-ci. Des premier et deuxième modes de réalisation d'un tel actionnement seront décrits respectivement en lien avec les figures 3A et 3B dans la suite du document. Avantageusement, selon un premier mode de réalisation d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention, décrit en lien avec la figure 3A, le compresseur 240 d'un système de génération d'eau chaude et d'eau froide peut être actionné par l'énergie électrique délivrée par le générateur 150 du système de production d'énergie électrique 100. Un tel agencement s'avère particulièrement astucieux, puisqu'il permet de mutualiser les ressources utiles pour faire fonctionner un système de la station de production d'énergies 1 par l'emploi de l'énergie produite par un autre système, en l'espèce l'énergie électrique produite par le système de production d'énergie électrique 100 pour permettre la mise en œuvre du système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200 et de réduire, voire supprimer dans certains cas, les moyens extérieurs nécessaires pour la mise en œuvre totale de ladite station de production d'énergies et proposer finalement une station pratiquement auto-suffisante.
En variante ou en complément, selon un deuxième mode de réalisation d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention, décrit en lien avec la figure 3B, la turbine 140 et le générateur d'électricité 150 du système de production d'énergie électrique 100 peuvent coopérer mécaniquement au moyen d'un arbre mécanique S, selon une liaison mécanique, avantageusement mais non limitativement une liaison encastrement, pivot ou rotule, voire encore un arbre unique : il forme alors un turbogénérateur . Par ailleurs, ledit arbre S du turbogénérateur peut également coopérer mécaniquement avec, c'est-à-dire être solidaire selon une liaison mécanique adaptée du compresseur 240 pour actionner ce dernier. Ainsi, quel que soit l'agencement structurel du compresseur 240, l'arbre S de la turbine 140, plus précisément l'arbre S du turbogénérateur, peut directement entraîner ou actionner le compresseur 240, plus particulièrement les moyens pour comprimer le fluide frigorigène RF du compresseur 240. Une telle configuration s'avère particulièrement avantageuse, puisqu'elle permet non seulement de mutualiser les ressources utiles pour faire fonctionner un système de la station de production d'énergies 1 par l'emploi de l'énergie produite par un autre système, mais également de diminuer les consommations en matière d'énergie électrique et finalement les coûts de maintenance de ladite station 1. En effet, par opposition au premier mode de réalisation d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention, décrit en lien avec la figure 3A, employant de l'énergie électrique produite grâce au générateur 150 pour actionner le compresseur 240, 1 ' actionnement du compresseur 240 selon le deuxième mode de réalisation d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention, s'effectue grâce à de l'énergie mécanique.
Comme d'ores et déjà mentionné, une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention consiste principalement en un système tout-en-un intégré et est adaptée notamment pour être mise en œuvre sur un site isolé, en mettant à la disposition des utilisateurs sur ledit site isolé nombre de sources d'énergies différentes et modulaires. Aussi, en complément ou en variante, un tel site isolé peut présenter des besoins en eau douce, potable ou appropriée pour par exemple être consommée, utilisée en cuisine ou en agriculture. Ainsi, selon les figures 3A et 3B, une telle station de production d'énergies peut comprendre un module de désalinisation 300 coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec, en amont dudit module de désalinisation 300, la sortie d'eau WO du système de production d'énergie électrique 100, permettant ainsi de recycler les eaux « usées » produites par ledit système de production d'énergie électrique 100. Éventuellement, en variante ou en complément (mode de réalisation non représenté sur les figures) , ledit module de désalinisation 300 peut être alimenté directement, pour tout ou partie, en eau de mer, au moyen d'une entrée en eau de mer et des moyens de distribution adaptés, sous la forme d'un distributeur ou d'une vanne de réglage coopérant avec un ou plusieurs conduits.
Un module de désalinisation 300 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention comporte alors une pompe 320, permettant d'acheminer l'eau sous pression et une membrane 330 d'osmose inversée alimentée en eau par ladite pompe 320, une sortie d'eau douce FWO coopérant fluidiquement , c'est-à-dire en communication fluidique, avec ladite membrane 330 d'osmose inversée. La membrane d'osmose inversée 330 peut avantageusement être sélectionnée parmi les membranes à formes tubulaires, les membranes planes (également connues sous la terminologie anglo-saxonne « pillow-shaped ») ou les membranes spirales. Ce sont les membranes spirales qui seront généralement préférées, puisque ces dernières s'avèrent être les plus adaptées du fait de coûts de remplacement bas et d'une maintenance facilitée. Toutefois, l'invention ne saurait être limitée à la nature ou au nombre de membranes d'osmose inversée présentes au sein du module de désalinisation 300. Par ailleurs, un tel module de désalinisation 300 peut également comprendre un ou plusieurs filtres positionnés en amont de la membrane 330 (non représentés sur les figures 1, 3A et 3B) agencés pour séparer au préalable l'eau W des éventuels sédiments, sables ou détritus et ainsi préserver l'intégrité de la membrane d'osmose inversée 330. D'autres filtres peuvent également être présents au sein dudit module de désalinisation 300 en aval de la membrane 330 (non représentés sur les figures 1, 3A et 3B) permettant d'extraire tout éléments gustatifs ou odorants rendant l'eau impropre à la consommation. De plus, en variante ou en complément, à l'instar du système de génération d'eau chaude et d'eau froide, le module de désalinisation d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention, peut, si nécessaire, être alimenté en énergie électrique par le système de production d'énergie électrique 100 de ladite station .
La sortie d'eau douce FWO peut avantageusement comprendre ou coopérer avec des moyens de collection d'eau (non représentés sur les figures), adaptés pour recueillir l'eau W. De tels moyens de collection peuvent éventuellement consister en une ou plusieurs buses, canalisations, tubes ou drains. Ladite sortie d'eau froide FWO peut éventuellement et directement communiquer avec les infrastructures ou installations dans laquelle l'eau douce W sera directement employée. En variante ou en complément, la sortie d'eau douce FWO peut comporter ou coopérer avec un réservoir de stockage (non représenté sur les figures), adapté et/ou agencé pour conserver l'eau douce W pour un futur usage durant une période déterminée. Toutefois, conformément à l'invention, l'eau douce W produite peut être employée pour faire fonctionner le système de génération d'eau chaude et d'eau froide d'une station de production d'énergies conforme à l'invention, permettant ainsi la mutualisation des ressources utilisées et des énergies produites. Aussi, selon des modes de réalisation préférés, tels que ceux décrits en lien avec les figures 3A et 3B, le module de désalinisation 300 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention peut coopérer fluidiquement , c'est-à-dire être en communication fluidique, avec, en aval dudit module de désalinisation 300, les troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau du système de génération d'eau chaude et d'eau froide 200. Les sorties d'eau chaude FWWO et d'eau froide FCWO, ainsi que le troisième circuit d'alimentation en eau chaude WW et le quatrième circuit d'alimentation en eau froide CW, consisteront, selon ces modes de réalisation avantageux, en des sorties d'eau douce chaude FWWO et d'eau douce froide FCWO, ainsi que les troisième circuit d'alimentation en eau douce chaude WW et quatrième circuit d'alimentation en eau douce froide CW.
Les lieux d' implantation, où une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention est généralement prévue, se situent dans la plupart des cas dans des régions tropicales et chaudes. Dans de telles régions, la climatisation est fortement appréciée. Aussi, en variante ou en complément, selon les figures 1, 3A et 3B, une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention peut également comporter un système de production d'énergie climatique 400, coopérant fluidiquement , c'est-à-dire être en communication fluidique, avec la sortie d'eau WO ou éventuellement l'entrée d'eau froide CW du système de production d'énergie électrique 100 de la même station, permettant ainsi de recycler les eaux « usées » produites par ledit système de production d'énergie électrique 100 ou de travailler en mutualisant les moyens avec ledit système de production d'énergie électrique 100. Éventuellement, en variante ou en complément (mode de réalisation non représenté sur les figures), à l'instar du module de désalinisation 300, ledit système de production d'énergie climatique 400 peut également être alimenté directement, pour tout ou partie, en eau de mer, au moyen d'une entrée en eau de mer et des moyens de distribution adaptés, sous la forme avantageuse d'un distributeur ou d'une vanne de réglage coopérant avec un ou plusieurs conduits.
Un système de production d'énergie climatique 400 d'une station de production d'énergies 1 se base sur le principe et les technologies de refroidissement à eau de mer froide (« S.W.A.C. », « Sea Water Air Cooling », selon une terminologie anglo-saxonne) . Selon des premier et deuxième modes de réalisation décrits en lien avec les figures 3A et 3B, ledit système de production d'énergie climatique 400 peut comporter tout d'abord un cinquième circuit d'alimentation en eau W comportant une cinquième pompe 410 et coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau WO ou éventuellement l'entrée d'eau froide CWI . Un tel cinquième circuit d'alimentation en eau W permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit cinquième circuit d'alimentation et de faire circuler l'eau W, au sein du système de production d'énergie climatique 400. A l'instar des autres circuits d'alimentation d'ores et déjà présentés dans la station de production d'énergies, le cinquième circuit d'alimentation en eau W peut comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport de l'eau W, notamment aux conditions physico-chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et à la maintenance des conduits dans des eaux de mer, notamment la résistance à la corrosion et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité. Par ailleurs, l'invention ne saurait être limitée au type et/ou à la nature des éléments constituant le cinquième circuit d'alimentation en eau W : les conduits peuvent être remplacés par tous moyens équivalents en capacité d'assurer une fonction sensiblement identique.
Généralement, les pompes à chaleur actuelles, fonctionnent en circuit fermé et requièrent l'emploi d'un fluide dit caloporteur pour assurer des transferts thermiques. Ainsi, le système de production d'énergie climatique 400 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention peut également comporter un circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF comportant une pompe de circulation 440 dudit fluide caloporteur HTF. Un tel fluide caloporteur HTF possède avantageusement certaines propriétés physico-chimiques : en effet, un tel fluide caloporteur doit être capable d' absorber une grande quantité de chaleur sous la forme de calories pour générer de l'air conditionné. En outre, ledit fluide caloporteur HTF doit par ailleurs respecter les normes de sécurité et prévenir tout risque induit et lié à l'environnement ou à la dangerosité pour l'Homme. A titre d'exemples non limitatifs, un tel fluide caloporteur HTF peut être de l'eau glycolée. Le circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF, quant à lui avantageusement fermé, représenté en figures 3A et 3B par une pluralité de traits et de deux points discontinus pleins, permet de mettre en communication fluidique tous les éléments contenus dans ledit circuit d'alimentation et de faire circuler le fluide caloporteur HTF, au sein du système de production d'énergie climatique 400. A l'instar des autres circuits d'alimentation d'ores et déjà présentés dans la station de production d'énergies, le circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF peut comporter une pluralité de conduits, avantageusement souples ou rigides, adaptés respectivement au transport du fluide de caloporteur HTF, notamment aux conditions physico-chimiques, et plus particulièrement de pression ou de débit. Préférentiellement , afin de répondre aux contraintes inhérentes à l'installation et à la maintenance des conduits dans des eaux de mer, notamment la résistance à la corrosion et les différents débits et pressions, lesdits conduits peuvent être constitués principalement de polyéthylène haute-densité.
Afin de mettre en œuvre un cycle thermodynamique d'un système de production d'énergie climatique 400, ce dernier comporte également un cinquième échangeur thermique 420 coopérant fluidiquement avec ledit cinquième circuit d'alimentation en eau W et ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF. L'eau W prélevée à la sortie WO ou éventuellement à l'entrée d'eau froide CW du système de production d'énergie électrique 100 est acheminée vers le cinquième échangeur thermique 420 au moyen du cinquième circuit d'alimentation en eau W. L'eau W circule alors au sein du cinquième échangeur thermique 420 et récupère la chaleur sous forme de calories restituées par le fluide caloporteur HTF, ce dernier demeurant à l'état liquide : de l'eau chaude WW est alors produite. Une fois produite, l'eau chaude WW peut être recueillie et finalement utilisée pour répondre aux besoins en eau chaude présents sur le site d'installation de la station de production d'énergies. Ainsi, le cinquième échangeur thermique 420, également qualifié de cinquième échangeur de chaleur, permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique sous forme de chaleur du fluide caloporteur HTF vers l'eau W au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'eau W et du fluide caloporteur HTF. A titre d'exemple non limitatif, un tel cinquième échangeur thermique 420 peut consister en un échangeur à tubes en U, un échangeur à faisceau tubulaire horizontal ou vertical, un échangeur à plaques, un échangeur à ailettes ou encore un échangeur à spirales.
Le fluide caloporteur HTF est ensuite acheminé au moyen de la pompe de circulation 440 du circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF. Enfin, le système de production d'énergie climatique 400 comporte un sixième échangeur thermique 430, permettant l'expulsion de l'air conditionné. Un tel sixième échangeur thermique 430 coopère fluidiquement , c'est-à- dire est en communication fluidique, avec ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur HTF. De l'air est prélevé aux abords du sixième échangeur thermique 430 et introduit au sein dudit sixième échangeur thermique 430. Le fluide caloporteur HTF circule alors au sein du sixième échangeur thermique et récupère la chaleur de l'air sous forme de calories. L'air conditionné froid est ainsi produit et expulsé. Un tel air conditionné peut par la suite être acheminé au moyen de canalisations adaptées, puis être délivré et employé pour tempérer certaines enceintes ou infrastructures du site d'installation ayant des besoins en air conditionné. Ainsi, le sixième échangeur thermique 430 permet avantageusement de transférer de l'énergie thermique sous forme de chaleur de l'air vers le fluide caloporteur HTF au travers d'une surface d'échange garantissant la séparation de l'air et du fluide caloporteur HTF. A titre d'exemple non limitatif, un tel sixième échangeur thermique 430 peut être sélectionné parmi un échangeur à tubes en U, un échangeur à faisceau tubulaire horizontal ou vertical, un échangeur à plaques, un échangeur à ailettes ou encore un échangeur à spirales. Par ailleurs, en variante ou en complément, l'énergie électrique produite et délivrée par le système de production d'énergie électrique 100 d'une station de production d'énergies 1 conforme à l'invention peut avantageusement être utilisée pour la mise en œuvre dudit système de production d'énergie climatique 400.
L' invention a été décrite lors de son utilisation et/ou application en lien avec un complexe hôtelier situé dans un archipel d'îles isolées. Elle peut également être mise en œuvre pour tous autres catégories de lieux, comme par exemple des communautés isolées, des installations gouvernementales et/ou militaires, de larges complexes industriels et/ou commerciaux, des universités, des aéroports ou encore des centres de données (également connus sous la terminologie anglo-saxonne « data- centers ») ayant la capacité de mettre en œuvre des technologies de type « OTEC », c'est-à-dire dans n'importe quel endroit du monde où la différence nécessaire de températures, c'est-à-dire de l'ordre de vingt degrés Celsius, entre une source chaude et une source froide peut être observée tout au long de l'année, typiquement dans les eaux tropicales.
D'autres modifications peuvent être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention défini par les revendications ci-annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Station de production d'énergies (1), comportant un système de production d'énergie électrique (100) comportant :
un premier circuit d'alimentation en eau chaude (WW) comportant une première pompe (110) et une première entrée d'eau chaude (WWI) coopérant avec ladite première pompe (110) ;
un deuxième circuit d'alimentation en eau froide (CW) comportant une deuxième pompe (190) et une deuxième entrée d'eau froide (CWI) coopérant avec ladite deuxième pompe (190) ;
un circuit d'alimentation en fluide de travail (WF) comportant une pompe de circulation (130) dudit fluide de travail (WF) ;
un premier échangeur thermique (120) coopérant fluidiquement avec ledit premier circuit d'alimentation en eau chaude (WW) et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail (WF) ;
un deuxième échangeur thermique (180) coopérant fluidiquement avec ledit deuxième circuit d'alimentation en eau froide (CW) et ledit circuit d'alimentation en fluide de travail (WF) ; une turbine (140) coopérant fluidiquement avec les premier et deuxième échangeurs thermiques (120,180) ;
un générateur d'électricité (150) coopérant avec ladite turbine (140) selon une liaison mécanique ;
une sortie d'eau (WO) coopérant fluidiquement avec les premier et deuxième échangeurs thermiques (120,180) ;
ladite station (1) étant caractérisée en qu'elle comporte en outre un système de génération d'eau chaude et d'eau froide (200) coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau (WO) dudit système de production d'énergie électrique (100) et comportant :
un troisième circuit d'alimentation en eau (W) comportant une troisième pompe (210) coopérant fluidiquement en amont avec la sortie d'eau (WO) du dudit système de production d'énergie électrique (100) ; un quatrième circuit d'alimentation en eau (W) comportant une quatrième pompe (290) coopérant fluidiquement en amont avec la sortie d'eau (WO) dudit système de production d'énergie électrique (100) ;
un circuit d'alimentation en fluide frigorigène (RF) coopérant avec un réducteur de pression (230) dudit fluide frigorigène (RF) ; un troisième échangeur thermique (220) coopérant fluidiquement avec ledit troisième circuit d'alimentation en eau (W) et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène (RF) ;
un quatrième échangeur thermique (280) coopérant fluidiquement avec ledit quatrième circuit d'alimentation en eau (W) et ledit circuit d'alimentation en fluide frigorigène (RF) ;
un compresseur (240) coopérant fluidiquement avec les troisième et quatrième échangeurs thermiques (220,280) ;
une sortie d'eau chaude (FWWO) coopérant fluidiquement avec ledit troisième échangeur thermique (220) ;
une sortie d'eau froide (FCWO) coopérant fluidique avec ledit quatrième échangeur thermique (290) ;
et en ce que le compresseur (240) du système de génération d'eau chaude et d'eau froide (200) est actionné par le générateur (150) du système de production d'énergie électrique (100).
Station de production d'énergies (1) selon la revendication précédente, pour laquelle ledit compresseur (240) est actionné par l'énergie électrique délivrée par ledit générateur (150) . Station de production d'énergies (1) selon la revendication 1, pour laquelle la turbine (140) et le générateur d'électricité (150) du système de production d'énergie électrique (100) coopèrent mécaniquement au moyen d'un arbre mécanique (S), ledit arbre (S) coopérant également et mécaniquement avec le compresseur (240) pour actionner ce dernier.
Station de production d'énergies (1) selon l'une quelconque revendications précédentes, comprenant en outre un module de désalinisation (300), comportant une pompe (320) et une membrane (330) d'osmose inversée alimentée en eau par ladite pompe (320), une sortie d'eau douce (FWO) coopérant fluidiquement avec ladite membrane (330) d'osmose inversée, ledit module de désalinisation (300) coopérant fluidiquement , en amont dudit module de désalinisation (300), avec la sortie d'eau (WO) du système de production d'énergie électrique (100) et, en aval dudit module de désalinisation (300), avec les troisième et quatrième circuits d'alimentation en eau du système de génération d'eau chaude et d'eau froide (200).
Station de production d'énergies (1) selon l'une quelconque revendications précédentes, comportant également un système de production d'énergie climatique (400) coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau (WO) du système de production d'énergie électrique (100), le système de production d'énergie climatique (400) comportant : un cinquième circuit d'alimentation en eau (W) comportant une cinquième pompe (410) et coopérant fluidiquement avec la sortie d'eau (WO) ;
un circuit d'alimentation en fluide caloporteur (HTF) comportant une pompe de circulation (440) dudit fluide caloporteur (HTF) ;
un cinquième échangeur thermique (420) coopérant fluidiquement avec ledit cinquième circuit d'alimentation en eau (W) et ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur (HTF) ;
un sixième échangeur thermique (430) coopérant fluidiquement avec ledit circuit d'alimentation en fluide caloporteur (HTF).
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