Stockage d’énergie thermique

Stockage d’énergie thermique

Stockage thermique sensible et latent Zanganeh et al.

[1] ont réalisé une analyse expérimentale et numérique d’un système de stockage d’énergie thermique (SET) à haute température. Le concept SET utilise l’air comme fluide caloporteur et combine la chaleur sensible et la chaleur latente pour stabiliser la température de l’air évacué. Un prototype de laboratoire de 40 cm de diamètre et 168 cm de hauteur a été utilisé comme stockeur. Il contient quatre rangées de MCP encapsulé au-dessus d’un lit de roches emballées. AlSi12 a été utilisé comme MCP parce que sa température de fusion de 575 °C est adaptée aux applications et qu’il a une température de fusion et une conductivité thermique élevées et une faible évolution thermique. Des tubes en acier inoxydable AISI 316 ont été utilisés encapsulation. Les résultats ont démontré que pour un système de stockage mixte (latent/sensible) la température de l’air de sortie pendant la décharge s’est stabilisée autour de la température de fusion de l’AlSi12 de 575°C. Les pertes thermiques sont restées inférieures à 3,5 % de l’énergie d’entrée pour tous les essais expérimentaux.

Stockage d’énergie thermique sensible à base liquide Vaivudh et al. ont étudié expérimentalement le stockage de l’énergie thermique à haute température. Un échangeur de chaleur destiné au stockage de l’énergie thermique sensible à base liquide est utilisé en séparant deux liquides (le fluide de stockage et le fluide caloporteur). L’huile thermique a été utilisée comme un fluide de stockage dans l’expérience. Deux types de tubes dans l’échangeur de chaleur (un tube droit vertical et un tube serpentin hélicoïdal) ont été utilisés pour la circulation du fluide caloporteur. Un modèle mathématique a été créé pour comparer les résultats expérimentaux. Les températures de fluide caloporteur et de fluide de stockage ont été mesurées pour valider le modèle mathématique pour différents débits de fluide caloporteur.

Stockage d’énergie thermique sensible à base solide

Le stockage de chaleur sensible dans les milieux solides utilisant le système de thermocline est une option rentable significative par rapport à un matériau de stockage liquide dans deux systèmes de réservoir. Le système thermocline (transition thermique) huile/roche est basé sur le contact direct entre les roches naturelles (une capacité de chaleur élevée avec une stabilité physique et chimique) choisies comme matériau de stockage et l’huile thermique comme fluide de transfert de chaleur (FHT). Ce système e stockage est utilisé dans les centrales d’énergie solaire concentrée (CSP).

Lugolole et al. [4] ont fait une comparaison de trois systèmes de stockage thermique par chaleur sensible à trois débits différents 4, 8 et 12 ml/s, pour déterminer la performance thermique des lits de galets emballés. Deux systèmes de stockage utilisant l’huile de tournesol comme fluide de transfert de chaleur avec deux lits de galets emballaient de diamètre différent (10,5 et 31,9 mm) et le troisième réservoir de stockage utilise de l’huile seulement. Ils ont remarqué que Le système de stockage d’huile se charge le plus rapidement, suivi par le système de stockage rempli par des petits galets et enfin système de stockage rempli par des gros galets en raison de sa masse thermique inférieure. Les petits cailloux ont un taux d’élévation de la température plus rapide parce qu’ils atteignent l’équilibre thermique plus facilement que les gros cailloux qui subissent normalement des baisses de température. Les résultats montrent que L’énergie de stockage la plus élevée est obtenue pour le système de petits cailloux (faible porosité) en faisant le meilleur système de stockage d’énergie. Le stockage de l’énergie thermique à haute température est une technologie cruciale assurant la production continue d’énergie. Le choix du matériau de stockage optimal reste un grand défi. D’après la littérature, il est entendu que la roche naturelle est un bon matériau approprié pour le stockage de l’énergie thermique en centrales à énergie solaire.

Becattini et al. [5] ont étudié six types de roches pour le stockage d’énergie thermique dans des couches emballées à haute température. Les roches ont été soumises à des cycles thermiques dans des fours de laboratoire à une température d’environ 100 °C et 600 °C. On a constaté que le cycle thermique entraîne une diminution de la capacité thermique spécifique et une augmentation de la porosité des roches. Par conséquent, les roches mafiques, felsiques, la serpentinite et le conglomérat riche en quartz sont considérés comme des matériaux de stockage appropriés. Fig. I.7. Échantillons de roche sélectionnés avant (à gauche) et après 20 cycles thermiques.

Tiskatine et al. [6] ont présenté un document qui démontre le potentiel de roches en tant que matériaux candidats pour le stockage thermique à haute température. Sur la base d’une analyse documentaire et du point de vue économique, ils ont démontré que la roche naturelle peut être utilisée comme matériel de stockage très prometteur pour tels Systèmes et surtout lorsque l’air est utilisé comme fluide de transfert de chaleur. D’une part, des tests expérimentaux ont été effectuées et les données ont été analysés et discutés afin de choisir les meilleures roches parmi cinquante-deux variétés. Les essais thermiques ont montré qu’il y a des roches ne conviennent pas au stockage de température et certains types de roches ont été endommagés à haute Températures. Selon divers critères, les résultats obtenus montrent que la dolérite, la granodiorite, les hornfels, les gabbros et le grès quartzitique sont les meilleurs candidats à être mis en oeuvre dans un système de stockage à haute température et à base d’air.

Energies fossiles L’énergie fossile est celle qui est tirée principalement du charbon, du pétrole et du gaz naturel. Elles sont appelées fossiles car elles proviennent de la décomposition très lente d’éléments vivants (surtout des plantes). Leur quantité est limitée sur Terre, leur extraction provoque leur épuisement. Il est plus ou moins facile d’extraire cette énergie, en fonction des conditions géologiques et de l’évolution des techniques. Ces matières sont utilisées en les brûlant, ce qui produit du dioxyde de carbone (CO2) et est une cause importante du réchauffement climatique. L’énergie nucléaire est un cas particulier. Elle est souvent classée également parmi les énergies fossiles, mais son utilisation ne produit pas elle-même de CO2.

Avantages et inconvénients : Les énergies fossiles ont divers avantages et inconvénients selon leurs natures :

• Le charbon à l’avantage d’être assez bien réparti sur la planète et se trouve en très grande quantité. Parmi ces principaux inconvénients, il y a son coût d’exploitation très élevé et la pollution qu’il génère.

• Le pétrole, est disponible presque partout sur le globe, son rendement énergétique est très important, il permet de produire un grand nombre de produits dérivés (plastique, engrais, gaz méthane et propane, essence, etc.) dont l’humanité ne peut pas encore se passer. Parmi ces inconvénients majeurs, on peut citer le fait qu’il soit très polluant (pour l’exploitation et l’utilisation), que son prix ne cesse d’augmenter et qu’il soit à l’origine de nombreux conflits à travers le monde.

• Le gaz naturel, lui est très facilement exploitable, il est disponible en grande quantité, ne nécessite aucune transformation pour être utilisé et ne pollue pas énormément par rapport aux autres sources d’énergies fossiles. Son principal défaut est sa dangerosité (les explosions sont fréquentes aussi bien au niveau industriel que domestique).

Table des matières

Listes des figures
Liste des tableaux
Introduction générale
Chapitre I : Recherche bibliographique
I.1. Introduction
I.2. Stockage thermique sensible et latent
I.3. Stockage d’énergie thermique sensible à base liquide
I.4. Stockage d’énergie thermique sensible à base solide
I.5. Modèle numérique
Chapitre II : Stockage d’énergie thermique
Partie 1 : Généralités
II.1. Introduction
II.2. Différentes formes d’énergie
II.2.1. Energies fossiles
II.2.2. Energies renouvelables
II.3. Utilisation des énergies renouvelables
II.3.1. Energie solaire
II.3.2. Energie éolienne
II.3.3. Energie hydraulique
II.3.4. Energie géothermique
II.3.5. Energie biomasse
II.4. Problème de l’intermittence des énergies renouvelables
II.5. Stockage d’énergie
II.6. Types de stockage de l’énergie
II.6.1. Stockage de l’énergie chimique
II.6.1.1. Hydrogène
II.6.1.2. Biocarburants et la biomasse
II.6.1.3. Azote liquide
II.6.1.4. Oxy-hydrogène
II.6.2. Stockage électrochimique de l’énergie
II.6.2.1. Batterie
II.6.2.2. Pile à combustible
II.6.3. Stockage d’énergie électrique
II.6.3.1. Condensateur et le super condensateur
II.6.3.2. Supraconducteur ou stockage d’énergie magnétique
II.6.4. Stockage de l’énergie mécanique
II.6.4.1. Accumulateur hydraulique
II.6.4.2. Volant d’inertie
II.6.5. Stockage de l’énergie thermique
II.6.5.1. Réservoir d’eau chaude
II.6.5.2. Accumulateur de vapeur
Partie 2 : Stockage d’énergie thermique
II.7. Définition de stockage thermique
II.8. Technologies du stockage thermique
II.9. Quelques applications du stockage thermique
II.10. Principales techniques de stockage de l’énergie thermique
II.10.1. Stockage thermique latente
II.10.2. Stockage thermochimique
II.10.3. Stockage thermique sensible
II.10.3.1. Stockage sensible par liquide
II.10.3.2. Stockage sensible par solide
II.11. Procédés de stockage sensible solide
II.11.1. Lit fixe entassé (packed bed
II.11.2. Lit fluidisé
II.12. Comparaison des systèmes de stockage
Chapitre III : Matériaux et Matériels
III.1. IntroductionIII.2. Matériaux de stockage utilisés
III.2.1. Présentation des matériaux de stockage utilisés
III.3. Partie expérimentale
III.3.1. Conception du banc d’essai
III.3.2. Matériels utilisés
a. Ventilateur
b. Potentiomètre électrique
c. Résistance chauffante
d. potentiomètre
e. Anémomètre
f. Eprouvette graduée
g. Thermocouple de type K
h. Enregistreur de température
i. Emplacement des thermocouples sur le banc d’essai
III.4. Expériences effectuées
a. Variation du débit d’air
b. Variation de la porosité
c. Changement de matériau
III.5. Estimation de température de sortie
III.6. Essais préliminaires et les problèmes
Chapitre IV : Résultats et discussion
IV.1. Introduction
IV.2. Comportement thermique du stockeur
IV.3. Effet du débit d’air sur le comportement thermique du stockeur
IV.4. Effet de porosité sur le comportement thermique du stockeur
IV.5. Effet du matériau sur le comportement thermique du stockeur
Conclusion générale
Références bibliographiques

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