Etude d'un système de stockage par Pompage-Turbinage

[invite92d7cdc0]

Bonjour,
Je vais créer un système de stockage d'énergie composé d'une enceinte qui sera plongée sous l'eau à 10 mètre de profondeur, elle sera équipée d'un système pompage-turbinage similaire à celui utilisé en STEP .
Cette enceinte sera éventuellement vidée de l'eau et remplie de l'air a pression atmosphérique ( il y aura un tube qui connectera l'enceinte à l'air atmosphérique ).
Pendant la période de déficit d'électricité l'eau passe de l’extérieur dans l'enceinte par le biais d'une vanne où j'installerai la turbine qui générera ainsi l’électricité par le flux de l'eau entrant ( due à la différence de pression )
Est ce qu'il y a quelqu'un qui peut me montrer comment je pourrai calculer le rendement d'un tel système.
Et m’expliquer quelle est la meilleur forme géométrique d'une telle enceinte .
Je vous remercie
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[XK150]

Bonjour ,

Comme les step classiques ; En oubliant tous les problèmes pratiques de rendement , l'énergie nécessaire à la remontée de l'eau dans le barrage-réservoir est la même que celle fournie à la descente .
L'énergie nécessaire à vider le réservoir immergé sera égale à celle fournie par l'eau entrant .
Quand à la forme du réservoir …Il va lui falloir du volume pour stocker quelque chose !!! 10m de hauteur d'eau , c'est vraiment peu ..
Il devra résister à la pression hydrostatique à vide , et être bien accroché au fond . Une sphère donne le maximum de volume pour le minimum de paroi et résistera bien .

[invite92d7cdc0]

Merci pour votre réponse rapide ,
Tout d'abord puisqu'il s'agit d'un prototype je pense q'un volume de 2 m cube suffira pour faire l'étude ( à mon avis ) c'est à dire un diamètre de 1 mètre .. je peux depasser un tel volume puisque pour le moment il s'agit d'une étude théorique.
L'enceinte est construite en béton , elle est raccrochée par un contre poids en béton qui lui permettra de ne pas flotter , ce contre poids est capable d'etre rempli d'air pour pouvoir le transporter par bateau.
Pour calculer l'énergie fournie par le groupement turbine-alternateur due à l'entrée de l'eau comment dois-je procéder?
La vitesse de l'entrée de l'eau est déterminée par le diamètre du tube et la différence de pression.
On sait que a 10m de profondeur la pression est de 2 bars et la pression à l'intérieur de l'enceinte est 1 bar . que dois je faire alors pour calculer l'énergie récupérée ?

Merci

[phys4]

Bonsoir,
Pour avoir 2m3, il vous faut un diamètre intérieur de plus de 1m = 1,56 m
Les 2 m3 à 10 m de profondeur vous permettent de stocker seulement 55 Wh, une énergie vraiment petite pour l'importance de l'installation !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite92d7cdc0]

Bonsoir,
Je veux savoir la méthode de calcul pour pouvoir chercher les paramètres de fonctionnement du système,
merci

[phys4]

Vous pouvez utiliser l'énergie potentielle des 2 tonnes d'eau déplacés de 10 m
m*g*h = 2000*10*10 = 200 000 J
ou encore la différence de pression 100 000 Pa par le volume P*V = 200 000 J également.

[invite92d7cdc0]

Corrigez moi monsieur si je me trompe,
c'est la turbine-alternateur qui va créer de l'énergie , donc c'est la vitesse de rotation de la turbine qui en est responsable , donc entre autre c'est la vitesse de l'eau à travers celle ci , cette vitesse est déterminée par le diamètre du conduit et de la différence de pression non ?
donc puisque mes connaissances en ce sujet est presque nulle , je pense que ce n'est pas tout simplement un P*V .
merci

[phys4]

Il ne faut pas confondre puissance et énergie disponible.
Comme c'est le stockage qui est le sujet, je ne me suis intéressé qu'à l'énergie totale disponible.
Vous pouvez dépenser cette énergie plus ou moins vite, et vous aurez une autre relation :
E = P*T Energie = Puissance * temps d'utilisation

[invite92d7cdc0]

Merci j'ai compris le phénomène plus ou moins maintenant,
par contre j'ai d'autres questions à poser si c'est possible, le système est réellement conçu pour être plongé a 700 mètres de profondeur , le diamètre étant 30 mètres et les parois étant en béton mesurant 2.7 mètres.
Autre que le problème étanchéité , de corrosivité et de contraintes mécaniques de pression et le problème de transport y a t il d'autre problème à évoquer ?

[phys4]

Avec ces nouvelles données, le volume est de : 14 000 m3, et la pression de 70 bars.

L'énergie stockable sera de 98,96 *109 J soit 27 500 KWh
Il est possible de stoker davantage d'énergie avec cette pression et ce volume en utilisant un gaz sous pression pour chasser l'eau de la sphère, la détente du gaz donne plus d'énergie.

Dans ce cas, nous pourrions dire qu'une sphère résistante contenant le gaz sous pression, donnerait ce même résultat, sans les difficultés d'immersion.

[invite92d7cdc0]

ça a l'air intéressant,
mais pouvez vous SVP développer l'idée davantage ?

[phys4]

Vous trouverez facilement beaucoup de documentations sur le sujet, exemple :
https://www.connaissancedesenergies....r-air-comprime

[invite92d7cdc0]

Merci beaucoup,
Sinon pour fournir l'air tout simplement à l'enceinte pour remplacer l'eau lors du pompage c'est quoi exactement l'outil ?

[phys4]

Il vous faut un compresseur à haut rendement, pour chasser l'eau à 70 bars.

Ce problème de rendement est expliqué dans la documentation sur le stockage d'énergie par air comprimé.

[invite92d7cdc0]

Théoriquement parlant , si on pouvait installer un tube qui relie l'enceinte à l'air de la surface d'eau et qui reste toujours ouvert , cela fera l'affaire ou il y aura d'autre problèmes ?

[phys4]

Dans le cas de la sphère immergée, il n'y a pas de mécanismes en profondeur à entretenir, il suffit d'un tube de raccordement sur le haut de la sphère.
En plus, elle est à la pression ambiante, donc pas de résistance particulière, il faut seulement un lest suffisant.
Le tube doit tenir la pression.

[invite92d7cdc0]

Dans le cas de le sphère immergée, si on utilise pas ce tube , dites moi si cela est possible :
Pendant la phase de pompage , on fait injecter l'air à l'aide du compresseur dans la sphère et au même temps on fait évacuer l'eau par la pompe jusqu'à ce que la sphère est presque entièrement remplie d'air.
Pendant la phase de turbinage , on ouvre la vanne qui relie la sphère à son environnement et le compresseur aspire l'air de la boule de telle façon qu'au même temps l'eau rentre dans la sphère et l'air la quitte.
On aura pas alors à recharger le compresseur chaque dizaines de cycles.

[invite92d7cdc0]

Car un tube en béton au milieu de la mer et résistant à la pression représente entre autre un coût supplémentaire.

[phys4]

Pour récupérer la pression de la sphère, vous serez bien obligés d'avoir un tube qui tient la pression.
Je pensais qu'il pourrait être sous pression en permanence et rendre inutile la vanne d'entrée, puisque la sphère peut alors rester en communication avec l'eau environnante ?

[invite92d7cdc0]

Le système est conçu pour que le flux entrant de l'eau à travers la vanne fera tourner la turbine et ainsi générer l'électricité .
Donc en conclusion en aura alors :
La sphère est à 700m de profondeur et 30m de diamètre tel que les parois sont en béton armé protégée contre toutes les contraintes du milieu ( ce qui est réalisable ) , l'acier du matériel de la turbine , pompe et les armature du béton seront protégés par exemple par une protection cathodique ( couverts de zinc ) .
Elle sera connecté par un tube vers l'air atmosphérique ( on relie ce tube au tubes de la source d'alimentation, pas la peine d'un lest supplémentaire.
Pendant la phase de stockage on fera évacuer l'eau de la sphère et l'air sous la pression atmosphérique le remplacera .
Pendant la phase de récupération de l'énergie on ouvre la vanne et le courant d'eau entrant fera tourner le groupe turbine-alternateur générant ainsi l'électricité. Cette vanne sera à ouverture variable afin de faire varier la puissance envoyée au réseau.
C'est l'idée en conclusion.

[XK150]

re ,

Ouais …. Vu le prix de revient , vous pouvez utiliser l'acier inoxydable pour les composants métalliques .

Vous avez une idée de l'épaisseur de béton armé et du coût d'une sphère de 30 m sous 70 bars ???
Choisissez un sous traitant sérieux , pas de ceux qui remplacent le ciment par du sable , et surveillez le dosage !

[invite92d7cdc0]

Bonjour,
Je suis un élève en prépa et cela est mon TIPE, j'irai à une université de Génie Civile pour m'aider à chercher le type de béton et l'épaisseur en faisant quelques caractéristiques des différents type de béton.
A ce qui concerne le prix de cette installation , je ne m’intéresserai pas à ce sujet car cela dépasse largement mon étude .
Merci Phys4 et XK150, vous m'avez aidé énormément .
Si vous avez quelques remarques à ajouter vous etes le bienvenue.

[invite92d7cdc0]

Pour le rendement de ce système , je considère que c'est le meme que celui des STEP ? puisque c'est exactement le meme principe ..