Intégration d'un procédé de stockage thermochimique à un cycle de Rankine, sous énergie solaire concentrée (in-stores)

par Ugo Pelay

Thèse de doctorat en Energétique, thermique, combustion

Sous la direction de Lingai Luo, Driss Stitou et de Yilin Fan.

Le jury était composé de Christian Cristofari, Gilles Flamant.

Les rapporteurs étaient Catherine Azzaro-Pantel, Nolwenn Le Pierrès.


  • Résumé

    L’intégration d’un système de stockage thermique dans une centrale solaire à concentration augmente la durée de production journalière de la centrale tout en permettant de surmonter le caractère intermittent de l’énergie solaire. Parmi les trois types de stockage thermique existants (sensible, latent et thermochimique), le stockage thermochimique semble être le plus avantageux. En effet, sa grande densité énergétique et sa capacité à stocker de l’énergie sans pertes pendant une grande période de temps en font le candidat ayant le plus de potentiel pour équiper les centrales solaires à concentration. L’objectif principal de cette thèse est de développer un procédé innovant de stockage de l’énergie solaire et d’optimiser son intégration dans une centrale solaire à concentration par une démarche qui vise l’optimisation globale des performances de la centrale. Des méthodes numériques permettant de simuler le fonctionnement d’une centrale solaire ont été utilisées afin d’étudier le fonctionnement de la centrale et de déterminer ses performances. Trois configurations d’intégration ont été proposées, étudiées et comparées. Des études énergétiques et exergétiques statiques ont permis d’effectuer des comparaisons des configurations d’intégration en se basant sur les rendements énergétiques et exergétiques obtenus. Des modèles dynamiques de composants ont été créés afin de réaliser des simulations dynamiques des configurations d’intégration. Ces simulations ont permis d’effectuer une comparaison des configurations d’intégration en prenant en compte l’inertie des composants et le caractère variable de l’ensoleillement. Plusieurs modes de production d’électricité ont aussi pu être testés (production en base, en pic). Enfin une analyse du cycle de vie a été réalisée afin d’effectuer une comparaison des trois configurations d’intégration en se basant sur des critères environnementaux.

  • Titre traduit

    Integration of a Thermochemical Storage process in a Rankine cycle, under solar concentrated Energy (In-STORES)


  • Résumé

    The integration of a thermal energy storage (TES) system in a concentrated solar power (CSP) plant increases the daily production time and permits to overcome solar energy’s intermittent character. Among the three types of existing thermal storage technology (sensible, latent, thermochemical), thermochemical storage receives an increasing attention in recent years. Indeed, its high energy density and its capacity to store energy without heat losses during a long period of time make it the most promising candidate for CSP application. The principal objective of this PhD dissertation is to study the innovative thermochemical storage process, to propose conceptions for its integration into a CSP plant and to optimize the CSP plant’s overall efficiency. Various methodologies were used, including energy and exergy analyses based on the first and second law of thermodynamics, dynamic numerical simulations for the operation cycle and the life cycle analysis. Three integration configurations have been firstly proposed, studied and compared based on the energy and exergy analyses. Dynamics models for individual component of the system and the CSP plant as a whole were created and tested. These simulations made it possible to carry out a comparison or the integration configurations taking into account the inertia of the components and the variable solar irradiation. Several electricity production modes have also be tested (base production, peak production). Finally, a life cycle analysis was carried out in order to compare the three integration configurations based on environmental criteria.


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