PRODUCTION D ' ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
disponible en permanence, sans consommer de carburant
Nous sommes dans une période intermédiaire où l'on prend conscience que le pétrole n'est pas inépuisable
et qu'il faut dès à présent lui substituer d'autres moyens de production d'énergie.
Sous peu on trouvera normal une telle association de moyens techniques et le résultat qu'elle fournit, une énergie renouvelable.
LES MOYENS : l'association d'une batterie électrique, d'une pompe à chaleur, d'un moteur Stirling et d'un générateur électrique.
L'ensemble n'est pas un dispositif qui aurait un rendement supérieur à 1.
C'est l'utilisation de l'énergie calorifique dont regorge notre planète dans l'air ambiant, dans l'eau des océans et dans le sous-sol.
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la batterie fait démarrer l'ensemble ... et fournit de l'énergie lorsque le couple pompe à chaleur - moteur Stirling n'est pas suffisant,
la pompe à chaleur joue le rôle d'un amplificateur de l'énergie calorifique extraite de l'air ambiant,
le moteur Stirling convertit l'énergie calorifique qu'il reçoit de la pompe à chaleur en énergie mécanique qui permet au moteur Stirling de tourner,
le générateur électrique, entraîné en rotation par le moteur Stirling, convertit l'énergie mécanique en énergie électrique directement utilisable.
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(a) : comme il est possible de récupérer de l'énergie calorifique du générateur électrique en renvoyant la sortie réchauffée de son air de ventilation vers l'entrée 1 de la pompe à chaleur, il est possible de récupérer de l'énergie calorifique du moteur Stirling.
En effet le moteur Stirling ayant, dans ces conditions d'utilisation, un rendement bien inférieur à 100% (ou à 1), une importante quantité d'énergie calorifique n'est pas absorbée par le moteur pour la transformer en énergie mécanique.
Cette énergie calorifique est renvoyée vers l'entrée de la pompe à chaleur ce qui en augmente les performances et elle fournit plus d'énergie calorifique au moteur Stirling qui renvoie plus d'énergie à la pompe à chaleur et ainsi de suite. Même à vide, l'ensemble ne peut pas s'emballer. Un équilibre s'installe dû aux pertes croissantes et aux limites des possibilités techniques du moteur Stirling et de la pompe à chaleur.
(b) : on peut réaliser le même type de récupération pour le circuit de refroidissement du moteur Stirling.
Les apports auxiliaires d'énergie calorifique (8) vers la pompe à chaleur peuvent se faire gràce à une petite partie de l'énergie électrique produite, par exemple une pompe électrique qui extrait de l'eau d'un forage est alimentée en courant électrique par le générateur électrique du dispositif sans consommation d'énergie électrique extérieure à l'ensemble.
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Les limites actuelles:
Avec des matériels standards la limite de l'ensemble est la somme des limites de chaque élément :
- les batteries évoluent vite, leur poids baisse fortement pour des performances et une durée de vie élevées. Il est aussi prévu que le dispositif soit alimenté au démarrage par une autre source de courant.
- c'est dans le rendement des moteurs Stirling que prochainement des avancées importantes seront proposées à l'utilisateur,
- les générateurs électriques et les moteurs électriques peuvent être améliorés mais dès aujourd'hui on trouve des matériels très performants dont le rendement est au delà de 90% et même
près de 100% (voir en bas de page le lien "le moteur synchrone expliqué par un TGViste").
Dans de très bonnes conditions les pompes à chaleur actuelles peuvent avoir un coefficient de performance (COP = Puissance restituée / Puissance absorbée) voisin de 7.
Elles peuvent fonctionner jusqu'à - 15 °C et au delà.
Théoriquement le COP peut atteindre 15, des progrès sont possibles.
Les possibilités - exemple :
soit une pompe à chaleur qui
fournit 200 kW thermiques |
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 produisent 80 kW mécaniques
avec un rendement de 40%
du moteur Stirling |
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33 kW retournent à la pompe à chaleur
pour son fonctionnement (COP=6) et
7 kW partent en pertes diverses |
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il reste 40 kW électriques directement utilisables
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de 200 kW à 40 kW
Rendement global : 20 %
sans consommation de carburant |
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Parmi ce qui peut être amélioré: |
Le rendement du moteur Stirling, le rendement global.
Que ce soit à haute ou à basse température, une grande quantité d'énergie fournie est soit perdue soit récupérée dans le cas de la cogénération mais le moteur lui-même n'absorbe qu'une faible quantité de cette
énergie parce que les réalisations proposées sont très imparfaites.
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Quelques solutions pour améliorer le transfert des calories des parois vers le fluide:
particulièrement dans le cas de différences de températures de fonctionnement modérées,
préférer la forme (2), |
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l'augmentation de la surface des parois, bien-sûr,
et l'interposition d'un fluide plus efficace que l'air en contact avec le moteur,
en tenant compte du régénérateur, |
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l'augmentation de la surface des parois et
l'augmentation de la surface du déplaceur, |
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une partie du déplaceur directement en contact avec le fluide extérieur,
il faut réaliser une étanchéité parfaite ou une deuxième enceinte. |
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Autres possibilités:
- en cas d'enceinte supplémentaire, agitateur ou piston pour déplacer le fluide de l'enceinte,
- fluide plus efficace dans le moteur (nature, pression)
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Avec la présence de la pompe à chaleur du dispositif, une importante quantité de calories apportées au moteur et non utilisées est récupérée:
- la différence de température fournie au moteur augmente,
- la pompe à chaleur nécessite moins d'énergie pour son fonctionnement tout en délivrant la même quantité d'énergie qu'au démarrage,
pour chacune de ces deux raisons le rendement global augmente.
Des améliorations identiques peuvent être apportées côté froid pour l'extraction des calories. |
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Autre amélioration: deux moteurs Stiring, échangeurs en série |
On sait que le moteur Stirling est loin de convertir
toute l'énergie calorifique fournie par la pompe à chaleur,
en ajoutant un deuxième moteur Stirling, après le passage
du premier moteur, de l'énergie calorifique est convertie
en plus sans que la PAC fournisse plus d'énergie.
Bien que le deuxième moteur Stirling
fournisse moins d'énergie mécanique que le premier,
le rendement global est nettement amélioré. |
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Avec cette disposition des deux moteurs en cascade, et le retour de calories vers la pompe à chaleur on peut concevoir de diminuer la puissance de la PAC après le démarrage et donc l'énergie qu'elle absorbe pour son fonctionnement sans diminuer l'énergie fournie par les moteurs Stirling.
De manière plus logique et plus pratique, la pompe à chaleur étant calculée pour fonctionner dans des conditions optimums, il est préférable que les moteurs Stirling soient capables de convertir plus d'énergie en cours de fonctionnement qu'au démarrage, ce qui ne pose pas de problème.
La disposition de deux moteurs en parallèle est moins efficace, elle correspond partiellement à un seul moteur plus puissant. |
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Autre amélioration: montage hybride avec une pile à combustible.
Certaines piles à combustible ont une température de fonctionnement très élevée (plusieurs centaines de degrés Celsius) et il est nécessaire de les refroidir.
Jusqu'à 200°C elles sont considérées comme transportables (par exemple pour la propulsion d'un véhicule), jusqu'à 1 000°C et plus elles sont stationnaires pour la production d'énergie alimentant un réseau de distribution.
A cet effet les calories extraites de la pile sont fournies directement aux moteurs Stirling qui peuvent les convertir en énergie mécanique.
La pompe à chaleur apporte un complément en permanence ou en cas de besoins supplémentaires.
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Les utilisations possibles:
1) Raccordement à un réseau de distribution qui répartira ensuite l'énergie électrique aux différents utilisateurs raccordés.
2) Utilisation directe par une entreprise ou un particulier pour tous les usages possibles de l'électricité.
L'énergie calorifique extraite du milieu ambiant est en majeure partie de l'énergie solaire indirecte fournie par le soleil qui chauffe l'atmosphère et la croute terrestres. Les planètes plus proches du soleil sont plus chaudes et les plus éloignées sont les plus froides.
L'activité volcanique ou l'activité humaine sur Terre peuvent être considérées comme marginales par rapport à l'énergie calorifique que nous envoie le soleil.
On sait que pour l'énergie solaire directe captée par des panneaux solaires, des panneaux photovoltaïques ou des paraboles, quelle que soit la technique employée, on ne peut pas obtenir plus de 1 kW/m2 environ, dans de bonnes conditions, parce que c'est la puissance que nous envoie le soleil sous nos latitudes.
En ce qui concerne l'énergie solaire indirecte, il ne s'agit plus de surface mais de volume de fluide utilisable (le milieu ambiant) et le dispositif peut puiser dans tout le milieu ambiant le jour, la nuit, par temps nuageux, l'été, l'hiver, sans occuper beaucoup de volume.
Inutile de construire un capteur, il existe déjà, il est gigantesque, il est présent et accessible partout, c'est la Terre, il n'y a qu'à se brancher et prélever des calories de l'air ambiant ou de l'eau.
Voir en bas de page le lien "Energie solaire et effet de serre présentés par une spécialiste".
Plus le dispositif est puissant plus il peut absorber d'énergie.
L'énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif lui-même, avec ses pertes moyen par moyen, et à la production d'énergie mécanique et/ou électrique provient donc de l'énergie calorifique retirée du milieu ambiant grâce à la différence entre le grand volume de fluide aspiré et rejeté par rapport au faible volume de fluide dont la température est élevée ou abaissée. L'énergie solaire étant inépuisable à l'échelle humaine, ce dispositif peut
fonctionner aujourd'hui et pendant longtemps.
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L'énergie solaire, quelques chiffres, ordres de grandeur, curiosités:
En tenant compte que seulement la moitié de la Terre est éclairée par le soleil (jour) et que le rayonnement solaire est plus intense à l'équateur qu'aux pôles,
la Terre reçoit 1,5 milliards de TWh par an soit 1,5 milliard de milliards de kWh (1 TWh = 1 milliard de kWh (kilo Watts heure) ).
La superficie de la Terre ( océans compris ) est de 510 millions de km² soit 510.000 milliards de m² ( 1 km² = 1.000 000 de m² ).
Selon la latitude et la saison le rayonnement solaire correspond 800 à 2.800 kWh / m² / an.
En supposant une population future de la Terre de 10 milliards d'habitants, ce rayonnement solaire offre à chaque habitant:
- 510.000 milliards de m² / 10 milliards d'habitants = 51.000 m² (environ 5 hectares) par habitant de capteur naturel qui "stocke" automatiquement
et gratuitement une grande partie de cette énergie solaire dans le milieu ambiant en équilibre thermique, une partie étant réfléchie, une partie étant renvoyée par rayonnement,
une partie convertie par la photosynthèse,
une autre est convertie dans les phénomènes atmosphériques,
- 1,5 milliards de TWh / 10 milliards d'habitants = 150 millions de kWh par an et par habitant (de tous âges) soit 400.000 kWh / jour / habitant.
On peut vraiment dépenser de l'énergie solaire sans compter. Même en se forçant à gaspiller, on aura du mal à entamer cette énergie qui se renouvelle en permanence
et en principe pendant des milliards d'années.
Exemple: une famille de 4 personnes consomme 400 kWh par jour pour tous ses besoins, le transport
(dont la voiture), le chauffage, la cuisine... soit 100 kWh par personne ce qui est beaucoup.
Cette consommation c'est 4.000 fois moins que l'énergie que nous envoie le soleil chaque jour et par personne...
... pour chacun des 10 milliards d'habitants ...
Sur une moyenne annuelle de 342 W/m2 que la Terre reçoit du soleil, ces 100 kWh/jour représentent 0,08 W/m2
Ici aussi...à méditer ! !
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Pouvoir disposer d'autant d'énergie renouvelable que nécessaire permet une autre vision de la production et de la dépense d'énergie, une autre vision de l'écologie:
consommer de l'énergie solaire indirecte est une participation à la lutte contre le réchauffement climatique:
- en ne rejetant pas du tout de gaz carbonique,
- en absorbant de l'air (ou de l'eau) à la température ambiante et le rejetant refroidi.
Quelques points positifs :
Les moteurs Stirling sont silencieux et n'émettent pas de pollution, ils sont endurants et demandent peu d'entretien.
Prélever de l'énergie calorifique de l'environnement est une participation à la lutte contre le réchauffement climatique.
Le coût du pétrole et la pénurie ne sont plus une entrave à la production d'énergie en toute liberté.
Abondance de l'énergie calorifique qui, elle, est inépuisable partout sur la planète.
Tout l'ensemble est 100% autonome et produit de l'électricité sans réseau électrique, sans aucun raccordement,
sans carburant, même en plein désert,
il suffit de le transporter sur place, de le mettre en marche en appuyant sur un bouton ... et l'électricité est disponible. |
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