Etude et modélisation hydraulique d'un système de stockage d'énergie par pilotage dynamique d'un circuit pompes-turbines-vannes

Abstract

Une nouvelle méthode de stockage d’énergie par air comprimé basé en mer développé par l’entreprise Segula technologies est présentée. REMORA est un système de stockage basé sur la compression de l’air de manière quasi isotherme effectuée par des pistons liquides dans des chambres de compression. Ces dernières sont alimentées par des pompes centrifuges réversibles qui vont également travailler en mode récepteur en assumant le rôle de turbines. Le système global est composé d’éléments formant une cascade d’énergie réversible pouvant stocker de l’énergie sous forme d’air comprimé dans les réservoirs sous-marins ou de restituer l’énergie sous forme d’électricité dans le réseau électrique. Le principe de fonctionnement de REMORA est de toujours travailler au point de fonctionnement nominal des pompes. C’est pourquoi, les pompes fonctionnent à vitesse variable pour se rapprocher de manière continue de son point de fonctionnement nominal. Pour optimiser la plage de fonctionnement, une pompe basse pression et une pompe haute pression vont devoir se relayer pour alimenter les chambres de compression. De plus, des vannes hydrauliques sont présentes à l’entrée de chaque chambre de compression et sont reliées à chaque pompe par des conduites. Ces vannes s’ouvrent et se ferment successivement sur un temps très court en fonction de l’état de compression ou de détente de l’air dans chaque chambre. Ces commutations de vannes se produisent en même temps que des accélérations et des décélérations rapides de la vitesse de rotation des pompes pouvant induire l’apparition d’un écoulement transitoire dans le système. Le démonstrateur ODySEA du projet REMORA, d’une puissance de quelques kilowatts, a été construit. Son objectif est d’analyser et de simuler les différents fonctionnements du circuit en mode instationnaire. Les résultats expérimentaux sont analysés afin de d’observer les phénomènes instationnaires liés à la dynamique rapide du système, de vérifier la fiabilité du concept REMORA, de détecter les éventuels problèmes et de lever les verrous technologiques. Une modélisation CFD de la pompe basse pression est faite à l’aide du code de calcul STAR ccm+ dans le but d’analyser finement l’écoulement du fluide dans la pompe dans les deux modes (pompe et turbine). Le modèle CFD permet de mettre en place un modèle de pompe élaboré prenant en compte les différentes pertes dans la pompe destinée au modèle bondgraph. Enfin un modèle dynamique du fonctionnement du circuit hydraulique de ODySEA, à l’aide du code Bond Graph, est proposé. Un modèle partiel, construit sur un circuit simplifié comprenant deux pompes et deux pistons a été élaboré et validé à l’aide des résultats expérimentaux.