Stockage par sorption et réactions thermochimiques
Stockage de la chaleur

BE8597 v1 Article de référence

Stockage par sorption et réactions thermochimiques
Stockage de la chaleur

Auteur(s) : Pierre ODRU

Relu et validé le 01 oct. 2020 | Read in English

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Présentation

1 - Contexte du stockage de chaleur (et de froid)

1.1 - Importance de la chaleur (et du froid) dans l’économie
1.2 - Stockage de la chaleur, enjeu du développement durable
1.3 - Méthodes de stockage de la chaleur
- Quiz d'entraînement

2 - Stockage de chaleur sensible

2.1 - Considérations thermodynamiques
2.2 - Avantages et inconvénients
2.3 - Matériaux de stockage
- Quiz d'entraînement
Tableau 1 Tableau 2

3 - Application du stockage de chaleur sensible au bâtiment

3.1 - Réservoirs de stockage par chaleur sensible à basse température
3.2 - Stockage souterrain intersaisonnier UTES (Underground Thermal Energy Storage )
3.3 - Comparaison économique de systèmes de stockage intersaisonnier par chaleur sensible
- Quiz d'entraînement

4 - Matériaux à changement de phase

4.1 - Considérations thermodynamiques
4.2 - Classification
4.3 - Phénomènes relatifs aux MCP
4.4 - Propriétés

Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6
4.5 - Méthodes d’étude des propriétés des MCP

5 - Applications des matériaux à changement de phases

5.1 - Critères de choix
5.2 - Conditionnement des matériaux à changement de phase
5.3 - Exemples d’applications
- Quiz d'entraînement

6 - Stockage par sorption et réactions thermochimiques

6.1 - Généralités

Tableau 7
6.2 - Stockage par adsorption

Figure 14 - Zéolithes X [20]
6.3 - Stockage par absorption
6.4 - Stockage chimique

Tableau 8
6.5 - Conclusion

7 - Stockage de chaleur haute température associé à la production d’électricité

7.1 - Stockage de chaleur associé aux centrales solaires thermodynamiques

Tableau 9 Tableau 10 Tableau 11
7.2 - Stockage de l’électricité par la chaleur haute température
- Quiz d'entraînement

8 - Conclusion

9 - Glossaire

Bibliographie & annexes

Présentation

RÉSUMÉ

La chaleur et le froid sont des domaines importants de l’économie de l’énergie. La possibilité de les stocker de manière efficace et durable permettrait d’améliorer considérablement le potentiel d’utilisation de l’énergie solaire thermique. Les différentes méthodes de stockage de la chaleur sont présentées, avec les principales technologies existantes ou en cours de développement. Il existe deux domaines d’application distincts, dont le principal concerne le chauffage et la climatisation des bâtiments et l’autre le stockage de chaleur à haute température pour l’industrie, notamment pour le solaire thermodynamique. Les avantages et inconvénients, les domaines d’application ainsi que les perspectives de développement de ces différentes techniques de stockage sont présentés.

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Auteur(s)

Pierre ODRU : Consultant, France

INTRODUCTION

Les énergies renouvelables, notamment d’origine solaire, sont une ressource très importante, mais diluée et variable, et souvent en décalage par rapport aux besoins. La disposition de moyens de stockage efficaces et économiques permettrait d’en améliorer fortement la pénétration. Le cas de l’électricité est bien connu et documenté. Le stockage de la chaleur, principalement d’origine solaire, est un domaine lui aussi très important de l’économie d’une énergie propre et décarbonée, mais généralement moins connu. Cet article se donne pour objectif d’en introduire l’ensemble des principes et des problématiques.

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MOTS-CLÉS

absorption Adsorption Matériau à changement de phase Réaction thermochimique Energie solaire Chaleur sensible Chaleur latente

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8597

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Stockage de chaleur haute température associé à la production d’électricité

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6. Stockage par sorption et réactions thermochimiques

L’exploitation de la chaleur disponible dans un matériau sous forme de chaleur sensible ou de chaleur latente nécessite généralement une importante isolation thermique et se perd dans le temps. Il existe d’autres possibilités de stocker la chaleur sans pertes thermiques par des systèmes à sorption ou des réactions thermochimiques réversibles.

6.1 Généralités

Une réaction thermochimique réversible est endothermique dans un sens, exothermique dans l’autre. Le stockage thermochimique consiste à utiliser une réaction de ce type pour stocker la chaleur (ou le froid) lorsque la chaleur est en excès et la restaurer en fonction des besoins. En séparant et en conservant indépendamment les produits de réactions, il est possible d’éviter les pertes thermiques dans le temps, ce qui rend ce type de système particulièrement adapté au stockage intersaisonnier de chaleur solaire.

Par ailleurs, la densité d’énergie que l’on peut en attendre est élevée et susceptible d’apporter une plus grande compacité des systèmes.

Une réaction réversible de ce type s’effectue à une température d’équilibre T_m qui peut être déterminée en connaissant l’enthalpie libre G, qui est minimale à l’équilibre :

Δ G = Δ H - T_{m} Δ S = 0 soit T_{m} = \frac{Δ H}{Δ S}

si la température augmente, la réaction évolue dans le sens endothermique (étape de stockage) et va donc fournir des produits de réaction qui peuvent être stockés ;
si la température diminue, les produits stockés remis ensemble vont réagir pour redonner le composé initial en fournissant de la chaleur.

De manière à disposer d’une densité importante d’énergie stockée, le matériau utilisé doit présenter une variation d’entropie importante entre l’état initial...

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