Stockage longue durée d énergie solaire par procédés solide-gaz
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- Daniel Marceau
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1 Stockage longue durée d énergie solaire par procédés solide-gaz Nolwenn Le Pierrès Polytech Annecy-Chambéry Laboratoire LOCIE 1 Enjeux du stockage solaire à long terme Ensoleillement moyen sur 1 m 2 de capteur solaire, Chambéry Besoin de chaleur d une maison RT25-type de 12 m 2, 4 habitants Disponibilité et besoin (kwh/mois) Apports insuffisants Apports excédentaires Surchauffe des capteurs possible Apports insuffisants jan fév mars avr mai juin juil août sept oct nov déc 2 1
2 Stockage solaire par sorption: classification Source: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39, Stockage solaire par sorption: classification AB + chaleur A + B procédés solide-gaz Source: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39,
3 Stockage solaire par sorption: matériaux Source: Yu et al., Progress in Energy and Combustion Science 39, Stockage par sorption: systèmes fermés Zeolites/H 2 O Zeolites 6 3
4 Stockage par sorption: systèmes ouverts 7 Stockage solaire par sorption: réacteurs Réacteur dissocié Réacteur intégré Source: N Tsoukpoe et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews 13,
5 Stockage solaire par sorption: réacteurs dissociés à vis à écoulement gravitaire Source: Zondag et al., ES29 conference, 29 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 jazz 7 kg de zéolithe 13x 95 kw pendant 14h/jour, max 13 kw 13 à 14 kwh stockés à 13 C kwh/m 3 1 Rendement de stockage: 92% Source: Hauer, HPC 1 conference, 21 5
6 Stockage solaire par sorption: projet STAID Stockage Inter Saisonnier de l Energie Thermique dans les Bâtiments coordinateur Projet ANR AAP Stock-E STAID 21-STKE Labellisation par deux pôles de compétitivité: TENERRDIS et AXELERA 11 Stockage solaire par sorption: projet STAID Principe Matériaux 12 Source: Hongois et al., Solar Energy Materials and Solar Cells, 211 6
7 Stockage solaire par sorption: projet STAID Charge 13 Stockage solaire par sorption: projet STAID Décharge
8 Stockage solaire par sorption: projet STAID Etude du système global: analyse par expérimentation et modélisation Données Climatiques Chaleur (T) Humidité (x) Bâtiment & Composants Auxiliaires (Échangeurs, humidificateurs, etc..) Énergie Solaire Chaleur (T) Humidité (x) Capteurs Solaires Chaleur (T) Dispositif de Stockage de Chaleur 15 Stockage solaire par sorption: projet STAID Capteur solaire sous-vide à air Revêtement absorbant Dispositif expérimental: 7 tubes sous-vide en série 16 8
9 Stockage solaire par sorption: projet STAID Validation du modèle de capteur C Température de l'air à la sortie de chaque tube et perte de charge aux bornes du capteur 4,3 Nm 3 /h 9: 1:5 11:1 12:15 13:2 14:25 15:3 6 /7 /13 Heure de la journée Pa 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 17 Stockage solaire par sorption: projet STAID Validation du modèle de capteur Température de l'air à la sortie de chaque tube et perte de charge aux bornes du C capteur 18 Pa Nm 3 /h T_in Tout_1 (Sim) Tout_1 (Exp) Tout_2 (Sim) Tout_2 (Exp) Tout_3 (Sim) 1 Tout_3 (Exp) 43 Tout_4 (Sim) 8 Tout_4 (Exp) 6 33 Tout_5 (Sim) Tout_5 (Exp) 4 Tout_6 (Sim) 23 Tout_6 (Exp) 2 Tout_7 (Sim) Tout_7 (Exp) 13 9:1 1:15 11:2 12:25 13:3 14:35 15:4 Perte de charge (Pa)-Sim Perte de charge (Pa)-Exp 14 /7 /13 Heure de la journée 18 9
10 Stockage solaire par sorption: projet STAID Modélisation 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 Chaleur différentielle de sorption Source : Bales C, et al, Report no.b2-task 32, Stockage solaire par sorption: projet STAID Validation du modèle de réacteur de stockage Adsorption, 18 m 3 /h, 5% HR 2 Source expé: Mette et al, ISES congress 211 1
11 Stockage solaire par sorption: projet STAID Modèle de réacteur de stockage charge du réacteur: influence de la température de l air Paramètres -Humiditéabsolue: kg/kg as -Xz (initial): 3 % Xz,25,2,15 Fraction résiduelle d'eau dans la zéolite 3 C - 45% d'hr 3 C - 65% d'hr,1,5 Xz < 1% T > 13 C Température d'entrée d'air ( C) 21 Stockage solaire par sorption: projet STAID Lien avec le bâtiment VMC Débit d air: 12 à 18 m 3 /h Echangeur de chaleur : Efficacité =.9 Ventilateur : Efficacité =.7 Apports thermiques et hydriques W Apports thermiques - Occupants (W) Apports thermiques - Appareils (W) Apport Hydrique (kg/h) kg/h Heure de la journée Jour de semaine,16,14,12,1,8,6,4,2 W Apports thermiques - Occupants (W) Apports thermiques - Appareils (W) Apport Hydrique (kg/h) Heure de la journée week-end ou jour férié 22 kg/h,16,14,12,1,8,6,4,2 11
12 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:
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