Intégration d'un procédé de stockage thermochimique à une centrale solaire thermodynamique : de l'expérimentation à l'échelle matériau aux performances énergétiques à l'échelle système

par Gabriel Boulnois

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Nathalie Mazet et de Sylvain Mauran.

Soutenue le 28-04-2016

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) , en partenariat avec Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan) (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Cézac.

Le jury était composé de Nathalie Mazet, Sylvain Mauran, Pierre Cézac, Benoît Stutz, Jean-Jacques Bézian, Alain Ferriere, Linda Oukacine.

Les rapporteurs étaient Benoît Stutz, Jean-Jacques Bézian.

mots clés

• Stockage de chaleur
• Thermochimique
• Haute température
• CSP
• CaO/Ca(OH)2
• GNE
• Centrales solaires
• Énergies renouvelables
• Chaleur -- Stockage

Résumé

Les procédés de stockage de chaleur haute température par voie thermochimique solide/gaz présentent un grand intérêt pour des applications à des centrales solaires thermodynamiques. Le couple réactif CaO/Ca(OH)2 est adapté à cette application pour des déstockages entre 350 et 550°C sous des pressions de vapeur entre 0,2 et 2bar. Les paramètres de transferts de chaleur et de masse de lits de Ca(OH)2+GNE ont été évalués au travers de corrélations et d'expérimentations. Des expérimentations ont permis d'atteindre des puissances en réaction de déstockage supérieures à 200kW.m-3 pour des durées compatibles avec les centrales solaires (1 à 15h). Un modèle 2D a été développé, validé et exploité afin d'étudier les influences couplées des différents paramètres sur les performances du TCS. Enfin, l'intérêt de différentes configurations d'intégration du TCS dans la centrale solaire ont été mis en évidence en termes de performances et de puissances thermiques échangées avec les sources et puits.

mots clés

• Heat storage
• Thermochemical
• High temperature
• ENG

Titre traduit

Integration of a thermochemical storage process in a concentrated solar power plant : from experiments at material scale to energy performances at process scale

Résumé

High-temperature heat storage processes using thermochemical solid/gas reaction exhibit great interest for applications in solar thermodynamic power plants. The reactive pair CaO/Ca(OH)2 is suitable for this recovery step application ranging from 350 to 550°C within steam pressures from 0.2 to 2 bar. Heat and mass transfer Ca(OH)2+GNE beds parameters were evaluated through correlations and experimentations. Experiments achieved recovery reaction powers above 200kW.m-3 for compatible durations with solar power plants (1 to 15 hours). A 2D model was developed, validated and exploited to study the coupled influences of different parameters on the performance of TCS. Finally, the benefit of different configurations of TCS integration within the solar power plant have been highlighted in terms of thermal performances and sources and sinks power exchanges.