[PDF] Stockage thermique de lénergie par chaleur latente de fusion dun

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Délivrée par

UNIVERSITE DE PERPIGNAN VIA DOMITIA

3UpSMUpH MX VHLQ GH O·pŃROH GRŃPRUMOH 30D

ENERGIE et ENVIRONNEMENT

Et des unités de recherche

PROMES CNRS (UPR 8521) et EDF R&D

Spécialité :

Energétique et Génie des Procédés

Présentée par

David VERDIER-GORCIAS

STOCKAGE THERMIQUE DE PROTECTION

A CHALEUR LATENTE

INTEGRE A UN RECEPTEUR SOLAIRE A AIR PRESSURISE

Soutenue le 29 Janvier 2016 devant le jury composé de M. Christian CRISTOFARI, Professeur, université de Corse Rapporteur M. Jean-Pierre BEDECARRATS, Professeur, université de Pau Rapporteur Mme Lingai LUO, Directrice de Recherche CNRS, université de Nantes Examinatrice M. Frédéric SIROS, Ingénieur de Recherche, EDF R&D, Clamart Invité M. Gilles FLAMANT, Directeur du laboratoire PROMES-CNRS Directeur de thèse M. Alain FERRIERE, Chargé de Recherche CNRS, université de Perpignan Co-Directeur de thèse M. Quentin FALCOZ, Maître de Conférences, université de Perpignan Co-Directeur de thèse

Abstract

Remerciements

n'aurait pas eu lieu. Je remercie l'ANRT. Je Leur encadrement et leurs conseils ont ĠtĠ d'une aide prĠcieuse.

Cristofari, d'aǀoir relu et corrigĠ mon traǀail, de s'ġtre dĠplacĠ de loin pour encadrer ma soutenance

Je tiens ă remercier l'ensemble du personnel permanent et non permanent du laboratoire PROMES ă

Odeillo

passé des moments n Ġtat d'esprit durant la thèse et pour longtemps encore je l'espğre. Enfin, j'ai une pensĠe toute particuliğre ă adresser ă mes parents, Gilles et Caroline, jamais assez.

A mes parents,

Sommaire général

Sommaire général

džpĠrimentale d'un module absorbeur (mai 2011) Alimentation de l'air par l'arriğre du module absorbeur Intensification des transferts de chaleur au sein d'un PCM

ModĠlisation du changement d'Ġtat d'un PCM

Sommaire général

SĠlection d'une reprĠsentation pour le stockage ă structure en nid d'abeilles

Conception du banc d'essai

ment du banc d'essai

Protocole d'edžploitation du banc d'essai

RĠsultats edžpĠrimentaudž du banc d'essai ă structure en nid d'abeilles -800°C

Sommaire général

Chauffage du banc d'essai

Refroidissement du banc d'essai

Importance du contact entre la sole et les tubes (effet d'ailette)

Modğle simple de l'absorbeur

Comportement de l'absorbeur sans stockage aǀec fludž solaire Comportement de l'absorbeur sans stockage en l'absence de fludž solaire

Modğle simple de l'absorbeur-

Comportement de l'absorbeur-

de l'absorbeur-stockeur en l'absence de fludž solaire Feuille de route pour le dimensionnement Ġchelle 1 de l'absorbeur-

PĠgase (75 tubes) alimentĠ par l'arriğre

Plan de l'insert hĠlicoŢdal

2CO3) Plan du banc d'essai de stockage ă chaleur latente (nid d'abeilles) es mises en jeu dans le banc d'essai

Sommaire général

Avertissements

ă propos de l'utilisation

Afin d'Ġǀiter toute

confusion, nous parlerons de basse haute . La tempĠrature la plus ĠleǀĠe traitĠe est d'enǀiron 800°C pour l'absorbeur r Ġsigne l'ĠlĠment placĠ au sommet de la centrale solaire ă tour l'absorbeur et de la tuyauterie pour le passage du fluide caloporteur. Le terme absorbeur tubes ă plusieurs reprises dans le mĠmoire. Dans le chapitre 1, il s'agit de conduits

permettant la circulation de l'air ă traǀers l'absorbeur. Dans les chapitres 4, 5 et 6, il s'agit

de compartiments

TES PCM

phase l'Ġtat de la matière. Il peut s'agir d'un gaz, mais il sera le plus souvent question soit de Le chauffage du banc d'essai correspond ă la charge fus Le refroidissement du banc d'essai correspond ă la décharge solidification

Nomenclature

Nomenclature

Cp J/(kg.K) Capacité calorifique massique

dh m Diamètre hydraulique (tube avec insert) d m Diamètre intérieur (tube, conduit, cuve) D m Diamètre extérieur (tube, conduit, cuve) e m Epaisseur, distance

E J Energie

f - Coefficient de frottement (Fanning) fL - Fraction de PCM liquide F kg/(m².s²) Terme source de Force (équations de Navier-Stokes) g m/s² Constante de la pesanteur (Terre) h J/m3 ou J/kg Enthalpie volumique ou massique h W/(m².K) Coefficient d'Ġchange conǀectif (local, global ou ambiant) H m Longueur pour la rotation de l'insert hĠlicoŢdal (180Σ)

H m Hauteur

k W/(m.K) Conductivité thermique k m²/s² Energie cinétique turbulente (modèle k-ɸ)

L J/kg Chaleur latente (fusion / solidification)

m kg Masse

M g/mol Masse molaire

n - Nombre de rangées de tubes dans le module absorbeur

N - Nombre de conduits pour le refroidissement

Nu - Nombre de Nusselt

Pr - Nombre de Prandtl

p Pa Pression

P W Puissance (électrique ou thermique)

Q W/m3 Terme source (équation de la chaleur)

r m Rayon intérieur (tube, conduit, cuve)

R m Rayon extérieur (tube, conduit, cuve)

R m Longueur caractéristique

Ra - Nombre de Rayleigh

Re - Nombre de Reynolds

s J/(m3.K) Entropie volumique de changement d'Ġtat du PCM

S m² Surface

t s Temps u m/s Vitesse

U V Tension

V m3 Volume

y - Paramğtre de l'insert hĠlicoŢdal

Nomenclature

ɲ K-1 Coefficient d'expansion volumique

ɴ K-1 Constante (modèle de changement d'Ġtat) ɷ s Coefficient d'Ġchelle de temps (modèle phase-field)

ɷ m Epaisseur de l'insert hĠlicoŢdal

ɸ - Emissivité

ɸ m Epaisseur du front de fusion (modèle phase-field) ʇ - Erreur volontaire ajoutée (modèle de changement d'Ġtat) ɻ - Efficacité énergétique du TES (charge ou décharge) ʍ N.m Tension de surface (modèle phase-field)

ʍ W/m².K4 Constante de Stefan-Boltzmann

ʌ kg/m3 Masse volumique

੮ W/m² Densité de flux ʔ - Paramètre de phase (modèle phase-field)

µ Pa.s Viscosité dynamique

Acronymes

CAO Conception Assistée par Ordinateur

CN Convection Naturelle

CRS Central Receiver System (Tower solar power plant)

CSP Concentrated Solar Power

HSGT Hybridized Solar Gas Turbine

LCOE Levelized Cost Of Electricity

PCM Phase Change Material

TES Thermal Energy Storage

TC Thermocouple (mesure de la température)

ADEME Agence De l'Enǀironnement et de la MaŠtrise de l'Energie ANRT Agence Nationale de la Recherche et de la Technologie CIFRE Convention Industrielle de Formation par la Recherche

CNRS Centre National de la Recherche Scientifique

EDF Electricité de France

IRENA International Renewable Energy Agency

LITEN Laboratoire d'Innoǀation des Technologies pour les Energies Nouǀelles MESR Ministère de l'Enseignement SupĠrieur et de la Recherche PROMES Laboratoire Procédés Matériaux et Energie Solaire

UPVD Université de Perpignan Via Domitia

Introduction générale

Introduction gĠnĠrale

durant des millions d'annĠes. Les conséquences gent de l'appriǀoiser afin de rĠduire notre empreinte

écologique d'aǀenir.

promet d'atteindre de trğs hauts rendements de conve. Le projet PĠgase est l'un de ces projets [quotesdbs_dbs45.pdfusesText_45

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