Le projet ESSI (évaluation comparée des systèmes de stockage intersaisonnier, ANR Stock-E08) s’inscrit dans la problématique générale du stockage intersaisonnier ou de longue durée de l’énergie thermique. D’origine industrielle (chaleur fatale) ou solaire, plusieurs niveaux de température peuvent être identifiés suivant les applications visées :

  • les procédés basse température (<120°C), de faibles puissances (1 à 50 kW), destinés essentiellement à l'habitat ou au tertiaire,
  • les procédés moyennes températures (120°C < T < 450°C), ou hautes températures (T>450°C), destinés à réduire la consommation de chaleur d’origine fossile dans l’industrie.

Bien que le système étudié dans ce projet (stockage thermochimique) puisse couvrir l’ensemble de ces applications, l’étude est limitée au développement d’un prototype de stockage longue durée dédié au chauffage de l’habitat. Ce choix se justifie par l’enjeu considérable et à court terme que représente la diminution de la consommation énergétique dans ce domaine. D’autre part, ce domaine de température offre plusieurs solutions technologiques concurrentes (chaleur sensible, chaleur latente, absorption) en cours de validation et d’expertise, que nous nous proposons de comparer dans la dernière phase de ce projet.

L’une des problématiques majeures est le développement d’un réacteur thermochimique de haute densité energétique

Outre le développement expérimental d’un prototype, le projet ESSI comprend un volet de recherche fondamentale portant d'une part sur les transferts de masse et de chaleur au sein d’un milieu poreux fortement densifié, et d'autre part sur deux configurations de procédé thermochimique : soit un procédé classique constitué d'un réacteur solide/gaz et d'un évapo-condenseur, soit un procédé ouvert, ne comprenant qu'un réacteur solide/gaz réagissant directement avec humidité de l'air. Dans les deux cas, l'optimisation du réacteur passe par sa modélisation 2D, couplant transfert de masse, de chaleur et cinétique chimique au sein du matériau réactif. Cette étape implique également la mesure des paramètres de transfert sur un banc de caractérisation, pour des densités de matériau qui n'ont jamais été testées auparavant.
La dernière phase du projet concerne l'évaluation des performances et la comparaison des différentes technologies possibles. L'objectif est ici d’établir le domaine de pertinence pour chaque système, tant en performance énergétique, qu'en complexité et coûts estimés.

Partenaires

Le projet « ESSI Evaluation comparée des Systèmes de Stockage Intersaisonnier » est un projet de recherche coordonnée par PROMES, UPR 8521 du CNRS, et associant 3 laboratoires publics ( CEA à L’INES, LOCIE, LaTEP) et une entreprise spécialisée dans la géothermie (Domingues Energie). Le projet a commencé en décmbre 2008 et dure 48 mois : il bénéficie d’une aide ANR de 742 k€ pour un coût global de l’ordre de 1,7 millions €.

Résultats majeurs au 01/01/2011

Les travaux d’évaluation des performances cibles est aujourd’hui terminé. La modélisation du bâtiment, des profils d’occupation et des besoins d’eau chaude sanitaire a été effectuée est à permis de définir le système de stockage en terme de puissance et d’énergie stockée.

La méthodologie pour l’optimisation d’un réacteur solide/gaz de haute densité énergétique à débuté : prédimensionnement des réseaux de diffuseurs de chaleur et de matière par approche constructale, puis modélisation 2D. Enfin, le banc de caractérisation des réactifs (perméabilité et cinétique) est opérationnel.

Principe du procédé thermochimique
Principe du procédé thermochimique : l’été, l’énergie solaire permet la décomposition d’un AB en un composé A et de la vapeur B. La vapeur B est condensé dans un condenseur enterré. En hiver, la réaction inverse permet la restitution de la chaleur de réaction utilisable par un plancher chauffant.

Références

  1. N’TSOUKPOE K. E., LIU H., LE PIERRÈS N., LUO L., A review on long-term sorption storage, Renewable and Sustainable Energy Reviews,13 (9), pp2385-2396
  2. P. NEVEU, N. MAZET, Y. AZOUMAH, Construcal method and coupled transfers, Journée SFT/Réseau Carnot, Théorie constructale et géométries multi-échelle : procédés, énergétique et matériaux, ENSTA, Paris, 11 juin 2009.
  3. G. TANGUY, P. PAPILLON, C. PAULUS, Solar Combisystems and storage : The way to achieve high solar fraction, IRES, Berlin, 24 Novembre 2009.