Stockage longue durée d’énergie solaire par procédés ...

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Stockage longue durée d’énergie solaire par procédés solide-gaz

Nolwenn Le Pierrès

Polytech Annecy-Chambéry

Laboratoire LOCIE

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Enjeux du stockage solaire à long terme

Ensoleillement moyen sur 10 m2 de capteur solaire, Chambéry

Besoin de chaleur d’une maison RT2005-type de 120 m2 , 4 habitants

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

jan fév mars avr mai juin juil août sept oct nov déc

Dis

pon

ibili

té e

t bes

oin

(kW

h/m

ois)

Apports insuffisants

Apports insuffisants

Apports excédentaires

Surchauffe des capteurs possible

2

2

Stockage solaire par sorption: classification

Source: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39, 2013

3

AB + chaleur A + BAB + chaleur A + BAB + chaleur A + BAB + chaleur A + B

procédés solide-gazSource: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39, 2013

Stockage solaire par sorption: classification

4

3

Source: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39, 2013

Stockage solaire par sorption: matériaux

5

Zeolites/H2O

Zeolites

Stockage par sorption: systèmes fermés

6

4

Stockage par sorption: systèmes ouverts

7

Réacteur dissocié Réacteur intégré

Stockage solaire par sorption: réacteurs

Source: N’Tsoukpoe et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews 13, 20098

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Stockage solaire par sorption: réacteurs dissociés

Source: Zondag et al., ES2009 conference, 2009

à vis à écoulement gravitaire

9

Stockage de chaleur par sorption: exemple de démonstrateur de taille représentative

Depuis 1996, Munich � chauffage d’une école et rafraîchissement d’un club de jazz7000 kg de zéolithe 13x95 kW pendant 14h/jour , max 130 kW1300 à 1400 kWh stockés à 130°C - 125 kWh/m3

Rendement de stockage: 92% Source: Hauer, HPC’01 conference, 200110

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Stockage solaire par sorption: projet STAIDStockage Inter Saisonnier de l’Energie Thermique dans les Bâtiments

coordinateur

Projet ANR AAP Stock-E2011-2014

Labellisation par deux pôles de compétitivité: TENERRDIS et AXELERA

STAID 2010-STKE-009

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Stockage solaire par sorption: projet STAID

Source: Hongois et al., Solar Energy Materials and Solar Cells, 2011

Principe

Matériaux

12

7

Charge


13

1


Décharge

14

8

Données Climatiques

Capteurs Solaires

Dispositif de Stockage de

Chaleur

Chaleur (T)

Énergie Solaire

Bâtiment & ComposantsAuxiliaires (Échangeurs,

humidificateurs, etc..)

Chaleur (T)Humidité (x)

Chaleur (T)Humidité (x)

Etude du système global: analyse par expérimentation et modélisation


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Dispositif expérimental:

7 tubes sous-vide en série


Revêtement

absorbant

Capteur solaire sous-vide à air

16

9

06 /07 /13

18000

28000

38000

48000

58000

68000

78000

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

9:00 10:05 11:10 12:15 13:20 14:25 15:30

Pa°C

Heure de la journée

Température de l'air à la sortie de chaque tube et perte de charge aux bornes du capteur

T_in

Tout_1 (Sim)

Tout_1 (Exp)

Tout_2 (Sim)

Tout_2 (Exp)

Tout_3 (Sim)

Tout_3 (Exp)

Tout_4 (Sim)

Tout_4 (Exp)

Tout_5 (Sim)

Tout_5 (Exp)

Tout_6 (Sim)

Tout_6 (Exp)

Tout_7 (Sim)

Tout_7 (Exp)

Perte de charge (Pa)-Sim

Perte de charge (Pa)-Exp

4,3 Nm3/h

Stockage solaire par sorption: projet STAIDValidation du modèle de capteur

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14 /07 /13

13000

23000

33000

43000

53000

63000

73000

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

9:10 10:15 11:20 12:25 13:30 14:35 15:40

Pa°C


Température de l'air à la sortie de chaque tube et perte de charge aux bornes du capteur

T_in

Tout_1 (Sim)

Tout_1 (Exp)

Tout_2 (Sim)

Tout_2 (Exp)

Tout_3 (Sim)

Tout_3 (Exp)

Tout_4 (Sim)

Tout_4 (Exp)

Tout_5 (Sim)

Tout_5 (Exp)

Tout_6 (Sim)

Tout_6 (Exp)

Tout_7 (Sim)

Tout_7 (Exp)

Perte de charge (Pa)-Sim

Perte de charge (Pa)-Exp

4 Nm3/h

Stockage solaire par sorption: projet STAIDValidation du modèle de capteur

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Chaleur différentielle de sorptionSource : Bales C, et al, Report no.B2-Task 32, 2005

Stockage solaire par sorption: projet STAIDModélisation du réacteur de stockage

� Transfert Thermique entre l’air et le matériau solide du lit� Diffusion de matière (humidité) au sein de l’écoulement, et des particules du lit

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Adsorption, 180 m3/h, 50% HR

Source expé: Mette et al, ISES congress 2011

Stockage solaire par sorption: projet STAIDValidation du modèle de réacteur de stockage

20

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Paramètres

- Humidité absolue:

0.012 -0.017 kg/kg as

- Xz (initial) : 30 %

charge du réacteur: influence de la température de l’air

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

70 90 110 130 150 170

Xz

Température d'entrée d'air (°C)

Fraction résiduelle d'eau dans la zéolite

30 °C - 45% d'HR30 °C - 65% d'HR

Xz < 10% �� T > 130 °C

Stockage solaire par sorption: projet STAIDModèle de réacteur de stockage

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00,020,040,060,080,10,120,140,16

0100200300400500600700800900

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

kg/hW


Apports thermiques - Occupants (W)Apports thermiques - Appareils (W)Apport Hydrique (kg/h)

00,020,040,060,080,10,120,140,16

0100200300400500600700800900

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

kg/hW


Apports thermiques - Occupants (W)

Apports thermiques - Appareils (W)

Apport Hydrique (kg/h)

Jour de semaine week-end ou jour férié

Apports thermiques et hydriques

VMC ₋ Débit d’air: 120 à 180 m3/h ₋ Echangeur de chaleur : Efficacité = 0.9₋ Ventilateur : Efficacité = 0.7

Stockage solaire par sorption: projet STAIDLien avec le bâtiment

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Conclusion et perspectives

• Le stockage de chaleur par sorption solide: une option envisageable

• Densités de stockage élevées possibles, durée de stockage modulable

• Encore à l’état de la recherche/démonstrateur

• Projet STAID: phase expérimentale à venir

• Pour plus d’infos:http://www.agence-nationale-recherche.fr/informations/agenda/detail/seminaire-mi-parcours-du-programme-anr-stock-e-2010-paris-cnam/

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