Développement d’un procédé de stockage d’énergie thermique haute température par voie thermochimique

Development of a high temperature thermochemical heat energy storage process

• Auteur / Autrice : Pierre Pardo
• Direction : Michel Cabassud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l’environnement
• Date : Soutenance le 09/12/2013
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Génie Chimique / LGC

Mots clés

Mots clés libres

Stockage d’énergie thermique

Thermochimie

CaO/Ca(OH)2

Lit fluidisé

Modélisation

Thermal energy storage

Thermochemical

CaO/Ca(OH)2

Fluidized bed

Modeling

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d’un procédé de stockage d’énergie thermique haute température par voie thermochimique en vue d’une application dans une centrale solaire à concentration. Un état de l’art des technologies de stockage d’énergie thermique haute température par voie thermochimique a permis de définir le couple réactionnel et la technologie les mieux adaptés au procédé. Ainsi, la réaction réversible Ca(OH)2(s) = CaO(s) + H2O(g) est mise en oeuvre dans un réacteur à lit fluidisé. Une étude expérimentale a permis de démontrer la faisabilité du procédé en stockant et en déstockant l’énergie à une même température et en mettant en oeuvre 50 cycles de charge/décharge de l’énergie sans perte de réversibilité. L’utilisation d’un modèle monodimensionnel couplant les phénomènes chimiques, thermiques et hydrodynamiques à l’intérieur du réacteur a permis de mettre en évidence l’influence des conditions opératoires sur les performances du système. Les premiers pas vers une extrapolation industrielle font l’objet de la dernière partie de ces travaux, en présentant l’analyse énergétique d’une centrale solaire à concentration intégrant le procédé de stockage développé et en présentant une étude expérimentale mettant en oeuvre un solide de type industriel dans le réacteur.

This PhD thesis concerns the development of a high temperature thermochemical heat energy storage process for an application in concentrated solar power plants. A literature review allows the identification of both the best reaction couple and technology to operate the process. Thus, the Ca(OH)2(s) = CaO(s) + H2O(g) reversible reaction is carried out in a fluidized bed reactor. The experimental study demonstrated the process feasibility. Thermal energy has been charged and discharged at the same temperature and 50 cycles have been performed without any loss of reversibility. A 1D model coupling the chemical, thermal and hydrodynamic phenomena inside the reactor has been developed to study the operating parameter effects on the process performance. The last section of this work deals with the first steps towards an industrial scale-up. An energetic analysis of a concentrated solar power plant integrating the developed storage process is detailed as well as the reactions implementation with an industrial solid.