Modelling and experimental studies on hydro-pneumatic energy storage using pump-turbines

摘要

On propose ici un modèle fonctionnel d’un système de stockage hydro-pneumatique d’énergie ainsi que la comparaison entre le comportement simulé et des observations expérimentales. L’intérêt de ce type de stockage est de combiner le bon rendement de la conversion d’énergie hydraulique et la flexibilité spatiale du stockage pneumatique. Le prototype modélisé utilise une pompe-turbine roto-dynamique multi-étagée déplaçant un piston liquide virtuel qui va comprimer l’air contenu dans un réservoir ‘’haute pression (HP)’’. Le modèle dynamique du système, développé sous forme de diagrammes fonctionnels, prend en compte les courbes caractéristiques de la machine hydraulique et les équations de la thermodynamique. Le modèle est complété par deux stratégies de commande afin de gérer la variation continue du point de fonctionnement : une stratégie de maintien du rendement et une autre basée sur la demande en puissance ; le paramètre commandé est la vitesse de rotation de la machine. Par l’étude du modèle, deux points sensibles sont mis en relief : la dépendance du rendement de stockage au coefficient d’échange de chaleur du réservoir HP et les limites de la régulation de puissance. Quelques solutions à ces problèmes ont été étudiées. Les premiers résultats expérimentaux donnent des observations qu’on retrouve par la modélisation. Ces observations vont servir à recaler certains paramètres du modèle qui servira à réaliser des études d’intégration dans le réseau électrique. Le banc d’essais doit être prochainement connecté au réseau de la plateforme ‘’énergies reparties’’ du centre Arts et Métiers ParisTech de Lille.