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PROCÉDÉ ET INSTALLATION DE REBOURS ÉVOLUTIF
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé et une installation de rebours
évolutif. Elle s'applique, en particulier, aux réseaux de transport de gaz
pour exporter
des excédents de gaz renouvelable d'un réseau de distribution vers un réseau
de
transport, qui a une capacité de stockage beaucoup plus élevée.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La production de biogaz connaît une forte croissance en Europe et sa
valorisation conditionne la création d'une filière de méthanisation pérenne.
Dans la
.. suite, le biométhane définit le gaz produit à partir du biogaz brut
issu de la
méthanisation anaérobique de déchets organiques (la biomasse) ou par
gazéification
haute température (suivie d'une synthèse par méthanation) ; épuré et traité de
façon
à le rendre interchangeable avec du gaz naturel de réseau.
Si la méthode de valorisation la plus courante est la production de chaleur
et/ou d'électricité, la valorisation sous forme de carburant et l'injection de
biométhane
dans le réseau de gaz naturel sont aussi en développement.
L'injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel est déjà réalisée en
Europe. Dans un contexte de fort développement du biométhane, les
distributeurs de
gaz naturel se trouvent face à des situations de manque d'exutoire. En effet,
les
consommations des clients domestiques varient en moyenne de 1 à 10 entre
l'hiver
et l'été sur les distributions publiques. L'injection de biométhane n'est
initialement
possible que si elle se fait à un débit inférieur au débit minimal relevé
pendant les
périodes de plus faibles consommations ou si le biométhane est produit au plus
proche des consommations. Lorsque la production dépasse les quantités
consommées, cela tend à saturer les réseaux de distribution lors des saisons
chaudes. Cette situation limite le développement de la filière de production
de
biométhane par la congestion des réseaux de distribution de gaz naturel.
Plusieurs
solutions ont été identifiées pour résoudre ce problème : le maillage des
réseaux de
distribution pour augmenter les capacités de consommation du biométhane
produit
par la multiplication des consommateurs raccordés, la modulation de la
production de
biométhane selon les saisons et les besoins de consommation, la micro-
liquéfaction
et compression pour stocker les productions de biométhane pendant les saisons
de
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faible consommation, le développement d'usages du gaz (pour la mobilité,
notamment), ainsi que la réalisation de postes de rebours entre les réseaux de
distribution et de transport de gaz naturel.
Les installations de rebours sont ainsi une des solutions identifiées pour
développer les capacités d'injection de biométhane. Ces installations
permettent
d'exporter des excédents de biométhane d'un réseau de distribution vers le
réseau de
transport, en les comprimant et les réinjectant dans ce réseau de transport
pour ainsi
bénéficier de sa plus grande capacité de stockage de gaz. Ainsi, les
producteurs ne
devraient plus limiter leurs productions et la rentabilité de leurs projets
serait plus
facilement assurée. Le poste de rebours est un ouvrage de l'opérateur de
transport
permettant le transfert de gaz depuis le réseau de distribution vers le réseau
de
transport disposant d'une grande capacité de stockage, par l'intermédiaire
d'une
station de compression de gaz. Le poste de rebours peut être localisé soit à
proximité
du poste de détente, soit à un autre endroit où les réseaux de transport et de
distribution se croisent.
Le rebours intègre donc une fonction de compression du gaz pour l'adapter
aux contraintes imposées par l'aval de ce compresseur, c'est-à-dire le réseau
de
transport. Les rebours actuels sont des installations fixes dans lesquelles
les
compresseurs sont placés dans des bâtiments. Chaque compresseur y est entrainé
par un moteur électrique raccordé au réseau électrique.
Pour des questions économiques, certains rebours ne sont équipés que d'un
compresseur assurant 100% du débit. Ces rebours ne garantissent donc pas un
fonctionnement normal en cas de panne du seul compresseur. Mais l'installation
d'un
second compresseur assurant 100% du débit pour assurer un secours en cas de
panne d'un rebours fixe est une solution onéreuse.
Par ailleurs, les configurations des réseaux de distribution évoluent,
notamment lorsqu'un fournisseur de biogaz y est relié et y injecte du biogaz
ou s'en
déconnecte. Parallèlement, la consommation de gaz sur ce réseau de
distribution peut
augmenter ou réduire, par exemple lors de l'installation d'une usine ou d'une
grande
surface consommatrice ou lors de son arrêt. La capacité du rebours peut donc
se
retrouver, transitoirement ou définitivement, excédentaire ou insuffisante.
Plus généralement, les installations de rebours existantes ne permettent pas
une évolution de leur dimensionnement en fonction du besoin.
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EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise une
installation de
rebours comportant :
- au moins un compresseur fixe entre un réseau de gaz à une première
pression et un réseau de gaz à une deuxième pression supérieure à la
première pression et
- un automate de commande de fonctionnement de chaque compresseur
fixe ;
l'installation comportant, de plus :
- un espace d'accueil d'au moins un compresseur supplémentaire, espace
muni d'au moins un connecteur d'entrée de gaz à la première pression, d'au
moins un connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression et d'au moins
un connecteur d'alimentation énergétique du compresseur supplémentaire,
- une unité de distribution pour distribuer du gaz provenant du réseau de gaz
à la première pression à chaque compresseur fixe et au connecteur d'entrée
de gaz à la première pression pour au moins un compresseur
supplémentaire et
- une unité de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque
compresseur fixe et du connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression
pour chaque compresseur supplémentaire,
l'automate étant configuré pour détecter les compresseurs fixes et
supplémentaires
opérationnels, pour déterminer la capacité de compression des compresseurs
opérationnels et commander le fonctionnement de chaque compresseur fixe et de
chaque compresseur supplémentaire en fonction de la capacité de compression
des
compresseurs fixes et supplémentaires opérationnels.
Grâce à ces dispositions, l'évolution des capacités de compression de
l'installation de rebours est aisée. En effet, un compresseur supplémentaire
peut
aisément être mis en service dans cette installation en le reliant à l'unité
de
distribution, à l'unité de collecte, à l'automate de commande. De même, un
compresseur supplémentaire peut être aisément retiré de l'installation en
effectuant
les opérations inverses.
Dans des modes de réalisation, l'espace d'accueil d'au moins un compresseur
supplémentaire est configuré pour accueillir un véhicule portant au moins un
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compresseur supplémentaire, l'installation étant configurée pour que le
véhicule
accède en roulant de l'extérieur de l'installation audit espace d'accueil.
Grâce à ces dispositions, l'évolution de l'installation de rebours est aisée
et
peut être momentanée, par simple stationnement d'un véhicule portant le
rebours
dans l'espace d'accueil et connexion de ce compresseur aux connecteurs
d'entrée et
de sortie de gaz et à une source d'énergie.
Dans des modes de réalisation, l'installation de rebours comporte, de plus, un
circuit de recyclage muni d'une vanne, configuré pour détendre du gaz en
sortie d'au
moins un compresseur et l'injecter en amont ou dans l'unité de distribution
lors de la
mise en fonctionnement d'au moins un compresseur, l'automate étant configuré
pour
commander le fonctionnement de la vanne du circuit de recyclage en fonction de
la
capacité de compression des compresseurs fixes et supplémentaires
opérationnels
qui sont mis en fonctionnement conjointement.
Grâce à ces dispositions, la stabilité du réseau de distribution est assurée,
quelle que soit la capacité de compression opérationnelle des compresseurs mis
en
fonctionnement conjointement, c'est-à-dire simultanément ou avec un différé
temporel
réduit.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire est
mobile.
Grâce à ces dispositions, pendant une augmentation temporaire des besoins
en capacité de l'installation de rebours (panne ou surcapacité transitoire des
producteurs de biogaz, baisse transitoire de la consommation par les
consommateurs
de gaz), on ajoute le compresseur supplémentaire mobile à l'installation de
rebours.
Et on le retire une fois cette augmentation temporaire achevée.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire est
intégré dans un container standard.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire est
monté sur un véhicule.
Grâce à chacune de ces dispositions, le transport du compresseur est facilité.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire est
mécaniquement actionné par un moteur du véhicule.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire est
alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule.
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Grâce à chacune de ces dispositions, l'actionnement du compresseur ne
nécessite pas de surdimensionnement de l'alimentation énergétique de
l'installation
de rebours, par rapport à l'alimentation des seuls compresseurs fixes.
Dans des modes de réalisation, le connecteur d'alimentation énergétique du
5
compresseur supplémentaire fournit du gaz à la première pression à un moteur
ou à
une génératrice électrique d'un véhicule.
Grâce à ces dispositions, le véhicule peut actionner de manière continue le
compresseur supplémentaire qu'il transporte.
Dans des modes de réalisation, les canalisations et les alimentations
électriques sont dimensionnées pour le fonctionnement simultané de chaque
compresseur fixe et de chaque compresseur supplémentaire.
Grâce à ces dispositions, l'installation de rebours peut accueillir chaque
compresseur supplémentaire sans que celui-ci ne doive être associé à une
alimentation et/ou à des canalisations supplémentaires.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé d'évolution
d'une installation de rebours comportant :
- au moins un compresseur fixe entre un réseau de gaz à une première
pression et un réseau de gaz à une deuxième pression supérieure à la
première pression,
- un automate de commande de fonctionnement de chaque compresseur
fixe,
- un espace d'accueil d'au moins un compresseur supplémentaire, espace
muni d'au moins un connecteur d'entrée de gaz à la première pression, d'au
moins un connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression et d'au moins
un connecteur d'alimentation énergétique du compresseur supplémentaire,
- une unité de distribution pour distribuer du gaz provenant du réseau de
gaz
à la première pression à chaque compresseur fixe et au connecteur d'entrée
de gaz à la première pression pour au moins un compresseur
supplémentaire et
- une unité de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque
compresseur fixe et du connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression
pour chaque compresseur supplémentaire,
procédé qui comporte une étape de détection automatique des compresseurs fixes
et
supplémentaires opérationnels, une étape de détermination de la capacité de
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compression des compresseurs opérationnels et une étape de commande de
fonctionnement de chaque compresseur fixe et de chaque compresseur
supplémentaire en fonction de la capacité de compression.
Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant
similaires à ceux de l'installation objet de l'invention, ils ne sont pas
rappelés ici.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention
ressortiront de la description qui va suivre faite, dans un but explicatif et
nullement
limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de
rebours connue dans l'art antérieur,
- la figure 2 représente, sous forme d'un schéma bloc, une installation de
rebours objet de l'invention,
- la figure 3 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier
de l'installation de rebours objet de l'invention, sans compresseur
supplémentaire,
- la figure 4 représente, schématiquement, l'installation de rebours
illustrée
en figure 3, avec un compresseur supplémentaire immobile,
- la figure 5 représente, schématiquement, l'installation de rebours illustrée
en figure 3, avec un compresseur supplémentaire mobile,
- la figure 6 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes d'un mode
de réalisation particulier du procédé objet de l'invention,
- la figure 7 représente des évolutions de débit et de pression lors de la
régulation en débit du fonctionnement de l'installation de rebours et
- la figure 8 représente des évolutions de débit et de pression lors de la
régulation en pression du fonctionnement de l'installation de rebours.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
La figure 1 représente schématiquement le principe d'une installation de
rebours connue dans l'art antérieur. L'installation de rebours dispose d'un
ensemble
de fonctions techniques permettant de créer un flux de gaz en maîtrisant les
conditions
d'exploitation propres à un réseaux de transport 10 et à un réseau de
distribution 15.
Ces fonctions comportent :
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- le traitement et le contrôle 19 de la conformité de la qualité du gaz aux
prescriptions techniques de l'opérateur de transport,
- le comptage 20 des quantités transférées,
- la compression du gaz en provenance du réseau de distribution 15, par
au moins un compresseur 21, il s'agit généralement de compresseurs à moteur
électrique et à pistons, avec deux ou trois étages de compression,
- la régulation 24 en pression ou en débit,
- la filtration 22, amont et aval,
- la gestion 18 de la stabilité du fonctionnement du réseau de
distribution,
lo - les organes de sécurité 26 et
- les outils de pilotage 24 et de suivi de l'installation de rebours.
Ces différentes fonctions sont décrites ci-dessous. Il s'y ajoute des utilités
(sources électriques, réseau de communication, etc.) nécessaires à la conduite
d'une
installation industrielle. L'installation de rebours est dimensionnée en
tenant compte :
- de la pression d'exploitation du réseau de transport 10 et de celle du
réseau de distribution 15. La première doit être comprise entre 30 et 60 bars
sur le
réseau régional et peut atteindre 85 bars sur le réseau principal. La seconde
est de
l'ordre de 4 à 19 bars sur les réseaux MPC (Réseau Moyenne Pression de type C,
soit une pression entre 4 et 25 bars) et inférieure à 4 bars sur les réseaux
MPB
(Réseau Moyenne Pression de type B, soit une pression entre 50 millibars et 4
bars),
- de la capacité maximale de production des producteurs de biométhane
17 susceptibles d'injecter du biométhane dans le réseau de distribution 15,
capacité
qui varie de quelques dizaines de Nm3/h pour les plus petites unités, à
plusieurs
centaines de Nm3/h pour les plus grosses,
- de la consommation des consommateurs 16 sur le réseau de distribution
15, notamment la consommation minimale et
- de la faculté du réseau de distribution 15 à absorber des variations de
pression (volume en eau).
L'ensemble de ces données permet de déterminer le débit maximal de
l'installation de rebours et d'estimer sa durée de fonctionnement. Cette durée
peut
varier, selon les cas, d'un fonctionnement occasionnel (10 à 15 % du temps)
jusqu'à
un fonctionnement quasi-permanent. Cet exercice doit aussi intégrer le fait
que les
installations des producteurs 17 ne sont pas mises en service simultanément
mais au
fur et à mesure des années.
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Concernant l'analyse 19 de la conformité du gaz, des écarts existent entre les
spécifications de qualité de gaz appliquées aux réseaux de transport 10 et de
distribution 15, du fait des différentes pressions d'exploitation, de
l'infrastructure, des
matériaux, des usages et des interfaces avec les stockages souterrains. Les
spécifications des réseaux de transport 10 sont généralement les plus
contraignantes
que celles des réseaux de distribution 10. Ainsi, pour garantir que
l'installation de
rebours de gaz du réseau de distribution 15 vers le réseau de transport 10
s'insère
dans le fonctionnement opérationnel du réseau de transport 10, les
dispositions
suivantes sont intégrées dans la fonction de conformité de qualité de gaz 19 :
- une unité de déshydratation à l'amont de la compression pour réduire
les risques de condensation sur le réseau haute pression de transport, de
formation
d'hydrates et de corrosion,
- en option, un laboratoire d'analyse des paramètres de combustion
(indice de Wobbe, pouvoir calorifique et densité de gaz) pour injecter les
injecter les
relevés dans le système de détermination des énergies de l'opérateur de
transport.
A la discrétion de l'opérateur de transport, l'analyse d'autres teneurs de
composés (CO2, H20, THT, etc.) est optionnelle et n'est réalisée que s'il y a
un risque
avéré de contamination du réseau de transport 10 (exemple : rebours d'un
biométhane
avec une forte teneur en CO2 sans possibilité de dilution sur les réseaux de
distribution
15 et de transport 10, ou opéré à une pression très élevée).
Concernant le comptage de gaz 20, l'installation de rebours est équipée d'une
chaîne de comptage constituée d'un compteur et d'un dispositif de
détermination de
l'énergie local ou régional conformément à la métrologie légale.
Concernant la compression de gaz, l'unité de compression permet de
comprimer le surplus de production de biométhane à la pression de service du
réseau
de transport 10. En fonction de critères économiques et de disponibilités de
l'installation, plusieurs configurations sont possibles, par exemple :
- un compresseur 21 réalisant 100% du besoin de rebours maximum,
- deux compresseurs 21 réalisant chacun 100 % du besoin de rebours
maximum ou
- deux compresseurs 21 réalisant chacun 50 % du besoin de rebours
maximum.
La configuration est choisie par une étude des différents avantages et
inconvénients en termes de coûts, de disponibilité, d'encombrement, et de
possibilité
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d'évolution de l'unité de compression. La pression d'aspiration à considérer
est la
pression de service du réseau de distribution 15, qui dépend notamment des
pressions d'injection des producteurs de biométhane 17. La pression de
construction
au refoulement à considérer est la pression maximale de service ( PMS ) du
réseau
de transport, par exemple 67,7 bars. Pour assurer le démarrage, la protection
anti-
pompage de chaque compresseur 21 (hors compresseur à pistons) ou le
fonctionnement en recyclage stabilisé, un circuit de recyclage 27 muni d'une
vanne
28 peut être prévu. Le circuit de recyclage détend du gaz à la deuxième
pression et
l'injecte en amont du compresseur lors de la mise en fonctionnement d'au moins
un
compresseur, sous la commande de l'automate 25.
L'étanchéité de chaque compresseur 21 peut être réalisée à l'huile ou à
garniture sèche. Dans le premier cas, certaines dispositions de filtration
sont mises en
place (voir ci-dessous).
Un automate 25 réalise les fonctions de pilotage 24, de commande de chaque
.. compresseur et de régulation et de stabilité 18 du réseau 15. On note que,
dans toute
la description, le terme l'automate signifie un automate ou un système
informatique ou un ensemble d'automates et/ou de systèmes informatiques (par
exemple un automate par fonction).
Concernant la régulation, l'évolution de la pression du réseau de distribution
15 à proximité de l'installation de rebours est corrélée au débit de gaz
transitant par
l'installation de rebours. Ces évolutions sont le résultat du fonctionnement
dynamique
des consommations de gaz sur le réseau de distribution 15, des capacités
injectées
de biométhane par les producteurs 17 et du fonctionnement de l'installation de
livraison, par le biais d'une vanne 14, et de rebours. On intègre donc des
possibilités
d'adaptation de la plage de fonctionnement de la pression d'aspiration de
l'installation
de rebours, ainsi qu'une régulation des compresseurs 21 qui peut anticiper les
contraintes s'exerçant sur le réseau de distribution 15, selon les
configurations
rencontrées. C'est une différence avec les postes de livraison sans rebours,
pour
lesquels la pression est régulée sur le point de livraison de façon à être
fixe, quelles
que soient les consommations par les consommateurs 16. En conséquence, le mode
de régulation (pression ou débit) du flux en rebours vers le réseau de
transport 10 est
adapté au bon fonctionnement de l'installation de rebours.
Selon les spécifications des compresseurs et pour éviter leur détérioration ou
du fait des contraintes liées au fonctionnement du réseau de transport 10, une
filtration
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est prévue dans la fonction de conformité de qualité de gaz, en amont de la
compression pour récupérer les éventuels liquides et les poussières contenues
dans
le gaz issu du réseau de distribution 15. De plus, dans le cas d'un
compresseur 21 à
étanchéité à l'huile, un filtre coalesceur 22 est installé en sortie du
compresseur 21,
5 par exemple avec une purge manuelle et un niveau visuel.
Un système de refroidissement 23 refroidit tout ou partie du gaz comprimé
pour maintenir la température à l'aval, vers le réseau de transport 10, à une
valeur
inférieure à 55 C (température de certification des équipements). Pour
assurer le
fonctionnement du système de refroidissement 23, celui-ci est dimensionné à
partir
10 de valeurs de température ambiante pertinentes selon les historiques
météorologiques.
Le poste de livraison 12 est une installation, située à l'extrémité aval du
réseau
de transport qui permet la livraison du gaz naturel en fonction des besoins
exprimés
par le client (pression, débit, température...). Il s'agit donc de l'interface
de détente du
gaz du réseau de transport 10 vers le réseau de distribution 15 ou vers
certaines
installations industrielles. Le poste de livraison 12 intègre donc des vannes
de détente
pour diminuer la pression pour s'adapter aux conditions imposées par l'aval.
Pour éviter des phénomènes d'instabilité, l'installation de rebours ne doit
pas
fonctionner simultanément avec le poste 12 de détente et livraison du réseau
de
transport 10 vers le réseau de distribution 15. Des valeurs limites de
démarrage et
d'arrêt de l'installation de rebours sont fixées en conséquence et chaque
automate 25
d'une installation combinant détente 12 et rebours est adapté de façon à
interdire la
simultanéité de ces deux fonctions. Les installations de rebours, lors de leur
phase de
démarrage, de fonctionnement et d'arrêt, limitent les perturbations du réseau
amont
(distribution 15) et du réseau aval (transport 10) en évitant notamment de
déclencher
des sécurités en pression du poste de livraison 12. Les paramètres suivants
sont pris
en compte :
- nombre de cycles de démarrage et d'arrêt de chaque compresseur 21
et sa compatibilité avec les recommandations du fournisseur du compresseur 21,
- le démarrage et l'arrêt de chaque compresseur 21 par une routine,
faisant suite à une temporisation,
- l'utilisation d'un volume tampon (non représenté) en amont de chaque
compresseur 21, pour amortir les variations de pression et de débit du réseau
de
distribution 15.
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Une fonction de pilotage et de supervision réalisée par l'automate 25 permet
d'obtenir :
- un mode de fonctionnement automatique,
- une visualisation/supervision du fonctionnement de l'installation de
.. rebours et
- le démarrage de l'installation de rebours.
L'historisation des données est réalisée pour attester des conditions de
fonctionnement.
En cas d'urgence, l'installation de rebours est isolée du réseau de
distribution
15, par la fermeture de la vanne 14. Une fonction arrêt d'urgence permet
d'arrêter
et de mettre en sécurité l'installation de rebours. L'installation de rebours
est aussi
munie de dispositifs de sécurité en pression et en température 26. Il n'y a
pas mise à
l'évent automatique sauf contre-indication des études de sécurité.
L'installation de
rebours est équipée de systèmes de détection incendie et gaz 26. Un moyen de
protection contre les sur-débits est prévu pour protéger les appareils, sous
la forme
d'un organe physique tel qu'un orifice de restriction ou par l'intermédiaire
d'un
automatisme.
On note que le débit d'un rebours peut varier de quelques centaines à
quelques milliers de Nm3/h selon les cas.
La figure 2 représente un mode de réalisation particulier d'une installation
30
de rebours évolutive objet de l'invention. On y retrouve les fonctions
illustrées en figure
1, à l'exception de l'automate 25, auxquelles s'ajoutent :
- une unité de distribution 31 pour distribuer du gaz provenant du réseau
de distribution 15 à chaque compresseur fixe 21 et à une première interface
libre, ou
connecteur, pour au moins un compresseur supplémentaire 29 et
- une unité de collecte 32 pour collecter le gaz comprimé provenant de
chaque compresseur fixe 21 et d'une deuxième interface libre, ou connecteur,
pour
chaque compresseur supplémentaire 29.
Un automate 33 est configuré pour commander le fonctionnement de chaque
compresseur fixe 21 et de chaque compresseur supplémentaire 29 en fonction de
la
capacité de compression des compresseurs opérationnels.
Ainsi l'évolution des capacités de l'installation de rebours 30 est aisée :
-
un compresseur supplémentaire 29 peut aisément être mis en service dans
cette installation en le reliant aux interfaces libres, ou connecteurs, de
l'unité
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de distribution 31 et de l'unité de collecte 32, et en le reliant à l'automate
de
commande 33;
- de même, un compresseur supplémentaire 29 peut être aisément retiré de
l'installation de rebours 30 en effectuant les opérations inverses.
L'automate 33 est configuré pour commander le fonctionnement de la vanne
28 du circuit de recyclage 27 en fonction de la capacité de compression des
compresseurs fixes 21 et supplémentaires 29 opérationnels qui sont mis en
fonctionnement conjointement. Ainsi, la stabilité du réseau de distribution 15
est
assurée, quelle que soit la capacité de compression opérationnelle des
compresseurs
lo 21 et 29 mis en fonctionnement conjointement.
On observe, en figure 3, une installation de rebours 40, qui comporte une
partie fixe dans un bâtiment, notamment une dalle 41 de support des différents
systèmes, une armoire 42 comportant l'automate 33, au moins un compresseur 43,
et
une ligne 44 de raccordement électrique et informatique des différents
systèmes
munis de capteurs et d'actionneurs (notamment vannes).
Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, l'installation de rebours 40
comporte au moins un espace d'accueil, ou emplacement, 49 dédié pour un
compresseur supplémentaire à proximité d'une interface libre de l'unité de
distribution
et à proximité d'une interface libre de l'unité de collecte. La mise en oeuvre
de chaque
compresseur supplémentaire est ainsi facilitée.
L'espace d'accueil 49 est muni d'au moins un connecteur 80 d'entrée de gaz
à la première pression, d'au moins un connecteur 81 de sortie de gaz à la
deuxième
pression et d'au moins un connecteur d'alimentation énergétique 82 (gaz
provenant
du réseau de distribution 15 ou électricité) de chaque compresseur
supplémentaire
46. Ce connecteur 82 peut alimenter un moteur électrique ou thermique
d'actionnement du compresseur supplémentaire 46 ou une génératrice d'un
véhicule
en gaz à la première pression, génératrice alimentant un moteur électrique
actionnant
le compresseur supplémentaire 46.
Les canalisations et les alimentations électriques (non représentées) sont
dimensionnées pour le fonctionnement simultané de chaque compresseur fixe 43
et
de chaque compresseur supplémentaire 46. Ainsi, l'installation de rebours 40
peut
accueillir chaque compresseur supplémentaire sans que celui-ci ne doive être
associé
à une alimentation et/ou à des canalisations supplémentaires.
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On observe, en figure 4, l'installation de rebours 40 après raccordement d'un
compresseur supplémentaire immobile 45.
On observe, en figure 5, l'installation de rebours 40 après raccordement d'un
compresseur supplémentaire mobile 46 monté sur un véhicule 47 (ici un camion)
et
raccordé au réseau de distribution 15 par un raccord 48.
Grâce à la mobilité du compresseur supplémentaire 46, pendant une
augmentation temporaire des besoins en capacité de l'installation de rebours
40
(panne ou surcapacité transitoire des producteurs de biogaz, baisse
transitoire de la
consommation par les consommateurs de gaz), on ajoute rapidement et aisément
le
compresseur supplémentaire mobile 46 à l'installation de rebours 40. Et on le
retire
une fois cette augmentation temporaire achevée.
Du fait que le compresseur supplémentaire 46 est monté sur un véhicule 47
et, préférentiellement intégré dans un container standard, le transport du
compresseur
supplémentaire 46 est facilité.
Dans des modes de réalisation, le compresseur supplémentaire 46 est
mécaniquement actionné par un moteur du véhicule 47. A cet effet, une liaison
mécanique, par exemple à cardans, relie un arbre de moteur du véhicule 47, par
exemple son moteur unique, à un arbre du compresseur. Préférentiellement, le
moteur
actionnant le compresseur supplémentaire 46 est un moteur électrique ou un
moteur
à gaz utilisant du gaz issu de la canalisation à plus basse pression du réseau
de
distribution 15.
Dans des modes de réalisation, au moins un compresseur supplémentaire 46
est alimenté en énergie électrique par un générateur monté sur le véhicule 47,
fonctionnant préférentiellement avec du gaz issu de la canalisation à plus
basse
pression du réseau de distribution 15. Ainsi, l'actionnement du compresseur 46
ne
nécessite pas de surdimensionnement de l'alimentation énergétique de
l'installation
de rebours 40, par rapport à l'alimentation des seuls compresseurs fixes 43.
Dans les modes de réalisation illustrés en figures 3 à 5, l'installation 40 de
rebours comporte :
- au moins le compresseur fixe 43 entre le réseau de distribution de gaz 15 à
une première pression, et le réseau de transport de gaz 10 à la deuxième
pression et
- l'espace d'accueil 49 d'au moins un compresseur supplémentaire, espace
muni d'au moins un connecteur 80 d'entrée de gaz à la première pression, d'au
moins
un connecteur 81 de sortie de gaz à la deuxième pression et, optionnellement,
d'au
CA 03103737 2020-12-14
WO 2019/239081 PCT/FR2019/051468
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moins un connecteur d'alimentation énergétique 82 (gaz provenant du réseau de
distribution 15 ou électricité) du compresseur supplémentaire 46,
- l'unité 31 de distribution pour distribuer du gaz provenant du réseau de
gaz
à la première pression à chaque compresseur fixe et au connecteur d'entrée de
gaz
à la première pression pour au moins un compresseur supplémentaire 45 et/ou 46
et
- l'unité 32 de collecte pour collecter le gaz provenant de chaque
compresseur
fixe et du connecteur de sortie de gaz à la deuxième pression pour chaque
compresseur supplémentaire 45 et/ou 46,
L'automate 33 de commande de fonctionnement de chaque compresseur fixe
et de chaque compresseur supplémentaire 46, est configuré pour détecter les
compresseurs fixes et supplémentaires opérationnels, pour déterminer la
capacité de
compression des compresseurs opérationnels et commander le fonctionnement de
chaque compresseur fixe et de chaque compresseur supplémentaire en fonction de
la capacité de compression des compresseurs fixes et supplémentaires
opérationnels.
En figure 5, l'espace d'accueil 49 d'au moins un compresseur supplémentaire
est configuré pour accueillir un véhicule portant au moins un compresseur
supplémentaire. L'installation 40 est configurée pour que le véhicule 47
accède en
roulant de l'extérieur de l'installation à l'espace d'accueil 49.
On observe, en figure 6, des étapes d'un procédé d'évolution de l'installation
de rebours objet de l'invention.
Au cours d'une étape 51, on transporte un compresseur supplémentaire dans
le local de l'installation de rebours. Comme exposé ci-dessus,
préférentiellement, le
compresseur supplémentaire est positionné à un emplacement dédié ou un
véhicule
le transportant est positionné dans ce local.
Au cours d'une étape 52, on réalise le raccordement du compresseur
supplémentaire aux canalisations de l'installation de rebours, à l'automate
et, s'il n'est
pas autonome en énergie, à l'alimentation énergétique de l'installation de
rebours.
Au cours d'une étape 53, l'automate détecte automatiquement la présence du
compresseur supplémentaire et sa capacité de compression. Cette détection peut
être
automatique, par exemple par la détection de la liaison électrique entre
l'automate et
le moteur du compresseur, ou manuelle, l'installation du compresseur étant
déclarée
par un opérateur sur une interface utilisateur de l'automate.
Au cours d'une étape 54, l'automate détermine la capacité de compression
des compresseurs opérationnels et définit le paramétrage du fonctionnement de
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l'installation de rebours en fonction de la capacité de compression
opérationnelle
(c'est-à-dire y compris le compresseur supplémentaire mais sans tenir compte
des
compresseurs en panne ou à l'arrêt, par exemple pour maintenance ou mise à
jour).
Le paramétrage du fonctionnement consiste essentiellement à fixer :
5 - des valeurs limite de pression et d'autres grandeurs physiques
mesurées
par des capteurs intégrés aux différents appareils présents dans
l'installation et
- éventuellement, des valeurs de paramètres d'actionnement de vannes et
d'autres appareils, telles que des durées de temporisation ou des courbes
10 d'évolution.
Au cours d'une étape 55, l'automate commande la mise en fonctionnement
de l'installation de rebours.
Au cours d'une étape 56, l'automate reçoit des grandeurs physiques captées
par les capteurs de l'installation de rebours, notamment la valeur de la
pression en
15 entrée de chaque compresseur.
Au cours d'une étape 57, l'automate réalise un asservissement du circuit de
recyclage en fonction de la capacité de compression opérationnelle. En effet,
le
démarrage unitaire ou conjoint de compresseurs provoque un pic de pression et
peut
engendrer des problèmes de pression maximale de service ( PMS ) et de
pression
minimale (2,5 bars). On évite ces risques en définissant des valeurs limites
et on met
en oeuvre le circuit de recyclage (re-détente) pour réaliser une rampe de
démarrage
et casser le transitoire.
Au cours d'une étape 58, l'automate reçoit des grandeurs physiques captées
par les capteurs de l'installation de rebours, notamment la valeur de la
pression en
.. entrée de chaque compresseur.
Au cours d'une étape 59, l'automate réalise un asservissement du
fonctionnement stationnaire de l'installation de rebours, jusqu'à l'arrêt des
compresseurs. Puis on retourne à l'étape 56 pour la prochaine phase de mise en
fonctionnement d'au moins un compresseur.
On décrit, ci-dessous, deux types de régulations envisagées pour le
compresseur. La régulation en débit signifie que le débit qui transite par le
compresseur est constant lorsque le poste fonctionne. En revanche c'est bien
la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne pression) qui
déclenche le
démarrage et l'arrêt du compresseur lorsque cette pression atteint des valeurs
limites
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fixées au cours de l'étape 54. La figure 7 représente un exemple d'évolution
de la
pression 60 en amont du compresseur et du débit 61 du compresseur, dans un cas
où la valeur limite de pression de démarrage du compresseur est à 4,2 bars et
où la
valeur limite de pression d'arrêt du compresseur est à 2,5 bars. Lorsque la
pression
décroît entre ces deux valeurs limites au cours du fonctionnement du
compresseur,
l'automate régule le fonctionnement du compresseur pour avoir un débit
constant de
700 Nm3/h.
Dans le cas de la régulation en pression, le débit qui transite dans le poste
évolue pour que la pression d'aspiration (par exemple en réseau moyenne
pression)
reste constante. La figure 8 illustre un exemple d'évolution de la pression 70
en amont
du compresseur et du débit 71 du compresseur avec une valeur consigne de
pression
en amont du compresseur de 4 bars, en fonction du débit 72 de gaz consommé par
les consommateurs sur le réseau de distribution, du débit 73 de gaz injecté
par des
producteurs de biométhane sur le réseau de distribution. On observe aussi, en
figure
8, le débit 74 de gaz fournit par le réseau de transport.
On voit, en figure 8, que dès que le débit de la consommation sur le réseau de
distribution est inférieur au débit d'injection de biométhane, le poste de
livraison
s'arrête d'injecter du gaz depuis le réseau de transport et l'automate régule
le
compresseur pour que la pression du réseau de distribution soit constante
quelles que
soient les variations de la consommation sur le réseau de distribution.
Dans le cas de la présence de deux compresseurs, un premier compresseur
assure le fonctionnement de l'installation de rebours jusqu'à sa limite de
fonctionnement. En cas de besoin, l'automate commande le fonctionnement d'un
deuxième compresseur pour compléter le débit de gaz traversant l'installation
de
rebours.
