ANALYSE CALORIMETRIQUE DE MATERIAUX DE STOCKAGE …projet.ifpen.fr/Projet/upload/docs/application/pdf/... · SOMMAIRE Introduction Objectifs et partenaires Description des tâches

JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017

Didier HAILLOT1, Sacha RIGAL1, Claude FAVOTTO2, Sonia ABIDI2, Frederic JAY3, Jean Pierre BEDECARRATS3

(1) Univ Pau & Pays Adour, LaTEP, EA1932, ENSGTI, Avenue Jules Ferry, BP7511, 64000 Pau, France

(2) Univ Toulon, CNRS, IM2NP, UMR 7334, 83957 La Garde, France (3) CRISTOPIA Energy Systems, 78 ch du Moulin de la Clue, 06140 Vence, FRANCE

ANALYSE CALORIMETRIQUE DE MATERIAUX DE STOCKAGE THERMIQUE POUR VALORISATION DE

CHALEUR FATALE INDUSTRIELLE

SOM

MA

IRE

Introduction Objectifs et partenaires Description des tâches Le rôle de la calorimétrie dans le projet STEEP Conclusion

JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017 1

Introduction

2 JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017

75 TWh.an-1 => 0 <-> 150°C

(soit plus de 18 % de l’énergie finale

consommée dans l’industrie

manufacturière1)

1: Ademe, Chiffres clés Energie Climat 2012

• Chaleur perdue par l’industrie en France

Introduction


Introduction

4

Temps

Lot 1 Arrêt Arrêt

Rejets

Lot 2 Lot 3

…

• Procédés discontinus (batch)

Besoins

Δ t


Introduction

5

• Procédés discontinus (batch)

Temps

Lot 1 Arrêt Arrêt Besoins

Lot 2 Lot 3

Rejets

Stockage Thermique

PAC

Besoins

…


Objectifs du projet STEEP

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• Développer un système de stockage adapté :

– Aux rejets thermiques dans l’industrie ;

– Mais aussi aux applications ECS et aux réseaux de chaleur.

En France :

- Bâtiment = 40% de la consommation énergétique, 25 % des GES.

- ECS et chauffage représente 70% des consommations du bâtiment.



7

• Deux gammes de température 70-85°C et 120-155°C ;

• Economique et écologique ;

• Système basé sur l’utilisation de MCP.




Thermo-

chimique

Chaleur

latente

Chaleur

sensible Densité é

nerg

étique (

kJ/k

g)

- Densité énergétique élevée

- Degré de maturité suffisant

Température

Enthalpie

Tf

Solide

Chaleur sensible

Solide-Liquide

Zone de transition

Liquide

Chaleur sensible Chaleur latente

T1

T2 Degré

de m

atu

rité

Les partenaires du projet STEEP

9

• ANR SEED 2013

• 1 Janvier 2014 – 42 Mois

• Labellisation Capenergies

Université de Aix-Marseille et Toulon


Description des tâches

10

Tâche 1: Etude des Rejets Basse Température dans l'industrie et des réseaux de chaleur

Tâche 2: Etude détaillée des composants du système (MCP, contenant)

Tâche 3: Test du système à l’échelle

laboratoire

Tâche 4: Test du système à l’échelle

prototype

Tâche 5: Modélisation à différentes échelles

Tâche 7: Diffusion, valorisation et dissémination

Tâche 6: Optimisation de process industriels avec stockage

Tâche

0: C

oo

rdin

ation


Le rôle de la calorimétrie dans STEEP

11

• Sélection des MCP => Tâche 2 – Obtention des données physico-chimiques des MCP essentielles

pour le système de stockage (L et Tf)

– Stabilité du MCP dans le temps (avec ou sans contenant, corrosion)


• Données d’entrée du modèle => Tâche 5 – Obtention des courbes

enthalpie en fonction de la température

Tâche 1: Etude des Rejets Basse Température dans l'industrie et des réseaux de chaleur

Tâche 2: Etude détaillée des composants du système (MCP, contenant)

Tâche 3: Test du système à l’échelle laboratoire

Tâche 4: Test du système à l’échelle prototype

Tâche 5: Modélisation à différentes échelles

Tâche 7: Diffusion, valorisation et dissémination

Tâche 6: Optimisation de process industriels avec stockage

Tâche

0: C

oo

rdin

ation

12

Critères: • Enthalpie volumique (objectif 50 kWh/m3)

• Prix bas et disponible à l’échelle industrielle

• Non eutectique

• Non toxique / non corrosif avec le contenant • Stabilité aux cycles thermiques

Etude bibliographique puis caractérisation par analyse thermique

Université de

Aix-Marseille et Toulon


Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP


Le rôle de la calorimétrie dans STEEP

DSC131 (Cellules de 120 L)

Pyris Diamond DSC (Cellules de 30 L)

Protocole

Protocole

Tfus, Hfus, Tcris

Stabilité thermique au cours des cycles



Protocole

Calorimètre XL (Cellules de 0,565 L)

Setsys Cryostat (Cellules de 170 L)

Protocole

Tcris, T1%

• Gamme 70-85 °C – 27 MCP recensés => 11 conservés pour caractérisation

– Après analyses, sélection de 4 MCP

• Gamme 120-155 °C – 38 MCP recensés => 11 conservés pour caractérisation

– Après analyses, sélection de 8 MCP

15

Université de

Aix-Marseille et Toulon



16

• Tache 3=> 2 systèmes de stockage envisagés en adéquation avec …



2 gammes de température :

• 70-85 C pour alimenter des réseaux de chaleur;

• 120-155 C pour le préchauffage des procédés industriels.

• Stabilité du MCP en présence de son contenant ?

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• Test de corrosion avec deux MCP parmis ceux sélectionnés après étude calorimétrique



• Test de corrosion: MCP + contenant à l’étuve pendant 2 mois - À BT => nodule de polyoléfines

- A HT => morceau d’échangeur (inox 316 L et acier P265GH)

• Suivi de L et Tf ainsi que de la perte de masse du contenant



• Test de corrosion: Exemple de résultats à HT

Métal Evolution des propriétés thermo-physiques

146 °C 156 °C 166 °C

Inox 316L Variation d’enthalpie de fusion

Acier P265GH

Variation d’enthalpie de fusion

-20 % -21 %

Acier J30 et 166 C Inox J30 et 146 C

Avec l’acier vitesse de

corrosion > 0,12 mm.an-1

(< 0,01 mm. an-1 pour

l’inox)

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Architecture du modèle

MCP

Corps pur

Mélange

Enceinte

Echangeur tubulaire

Cuve

Nodules

Fluide caloporteur


Tâche 5: Modélisation du système de stockage Le rôle de la calorimétrie dans STEEP

Nécessité d’obtenir la fonction enthalpie vs la température

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Obtention des courbes enthalpiques: méthode STEP-SCAN



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Obtention des courbes enthalpiques: exemple à BT



Evolution typique d’un mélange avec un processus de changement

de phase réalisé sur un intervalle de température : 50-55 C

Hfus,indus = 178 ±9 J/g contre 210 ±10 J/g pour le grade laboratoire

Conclusion

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• STEEP: Système de stockage par MCP pour la valorisation de chaleur fatale

• Calorimétrie particulièrement importante dans le projet • MCP=> performance et stabilité du STL

• Modélisation => courbe enthalpie en fonction de T°C; méthode STEP

• Avancement actuel du projet: test système 1 m3 (EDF)


Merci de votre attention

JCAT 47

Contact: [email protected]

Université de Aix-Marseille et Toulon

Documents

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