Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017

BE-SOL

Réunion Arlon/ULg 2017 09 20 1

Ordre du jour des présentations 10h00 à 10h10 : présentation du projet : Objectifs/Tâches principales/Acteurs 10h10-10h40 : les matériaux de stockage (MF) Choix de la technologie d’adsorption : motivations et avantages Choix des conditions de fonctionnement

Choix des matériaux Résultats 10h40-11h10 : le processus d’utilisation des matériaux Design des réacteurs Intégration dans système Ouvert/Fermé Présentation de différents types de réacteurs Système de transfert entre stock MP et réacteurs Résultats des essais 11h10-11h30 Intégration dans système Résultats de simulation de systèmes 11h30-11h 40 Aspect technico-économiques et perspectives au-delà de Sotherco 11h40-12h00 Questions/réponses 12h00-12h30 Visite labo expérimental Sotherco

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Réunion Arlon/ULg 2017 09 20 2

Objectifs du projet Sotherco : projet européen FP7: www.sotherco.eu Concevoir, construire et réaliser les tests de stockage thermique inter saisonnier pour le chauffage de bâtiments 1. Choisir les types de réactions thermochimiques 2. Etudier et choisir les matériaux de stockage 3. Etudier et établir les caractéristiques des matériaux 4. Concevoir et tester par itération successives les types réacteurs mettant en œuvre les

matériaux et processus de réaction 5. Etudier les systèmes complets , réacteurs/échangeurs/circuits

aérauliques/régulateur/… à intégrer dans les systèmes de chauffage 6. Modéliser ces systèmes 7. Tester le systèmes en environnement de laboratoire par émulation des conditions

d’utilisation. 8. Réaliser une analyse technico-économique des résultats du projet pour tracer une

road-map afin d’amener les résultats au stade actuel TRL5-6 au niveaux de TRL 8-9

http://www.sotherco.eu/

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Réunion Arlon/ULg 2017 09 20

Be-Sol (Bureaux d'Études Solaires) Rue de la griotte, 2A 5580 Rochefort BELGIUM Phone : +32 84 38 88 63 Homepage : www.be-sol.eu

CEA/INES (Institut National de l'Énergie Solaire) 50 avenue du lac Léman - Technopôle Savoie Techno lac 73375 Le Bourget du Lac Cedex FRANCE Phone : +33 4 79 79 20 00 Homepage : www.ines-solaire.org

Université de Mons - ENERGY Institute 20, place du Parc B7000 Mons BELGIUM Phone : +32 65 37 31 11 Homepage : www.umons.ac.be/energie

ULB (Université Libre de Bruxelles) - 4MAT 4MAT (CP 165/63) Avenue F.D. Roosevelt, 50 1050 Bruxelles BELGIUM Phone : +32 2 650 29 52 Homepage : 4mat.ulb.ac.be

AIT (Austrian Institute of Technology) Donau-City-Straße 1 1220 Vienna AUSTRIA Phone : +43 50550 0 Homepage : www.ait.ac.at

ULg (Université de Liège) - BEMS Avenue de Longwy, 185 6700 ARLON BELGIUM Phone : +32 63 230 853 Homepage : www.bems.ulg.ac.be

UVSQ (Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines) 55 avenue de Paris 78035 Versailles FRANCE Phone : +33 1 39 25 78 00 Homepage : www.uvsq.fr

CLIPSOL (Groupe GDF SUEZ/Engie) PAE Les Combaruches 73100 Aix-les-Bains FRANCE Phone : +33 4 79 34 35 36 Homepage : www.clipsol.com

3

Les partenaires du projet SOTHERCO

http://www.be-sol.eu/



http://www.ines-solaire.org/



http://www.umons.ac.be/energie

http://4mat.ulb.ac.be/

http://www.ait.ac.at/

http://www.bems.ulg.ac.be/

http://www.uvsq.fr/

http://www.clipsol.com/

Les matériaux de stockage

1

2

Principes théoriques

Effet thermique réalisé par une réaction physique ou chimique réversible :

AB A+B

A+B AB

• A et AB sont des solides • B = vapeur d’eau

Réaction caractérisée par : • Chaleur de réaction Q :

kJ/kg d’eau • Masse volumique du

solide : r Densité énergétique = Q*masse d’eau transférée par kg de solide*r :

• Masse volumique • Q • Masse d’eau transférée

3


Réactions chimiques

SrBr2.1H2O+5H2O SrBr2.6H2O

• Masse d’eau transférée = stœchiométrie • Chaleur de réaction élevée • Possibilité d’obtenir des densités énergétiques élevées (qq centaines kWh/m3) • Peu stables

Réaction Ln P

-1/T

Tseuil

SrBr2.1H2O+5H2O

SrBr2.6H2O

4


Réactions physiques

Matériau poreux + H2O Matériau poreux chargé en eau

• Masse d’eau transférée souvent faible • Chaleur de réaction faible • Densités énergétiques faibles ( 1 centaine kWh/m3) • Stables

m= masse d’eau par unité

de masse de matériau

m1>m2>m3

désorption

Réaction Ln P

-1/T

Matériau poreux

chargé en eau

Matériau poreux+H2O

m1 m2 m3

Objectifs du projet SOTHERCO

Développement de matériaux composites (utilisation rapide)

• Sel hygroscopique intégré dans une matrice poreuse (stabilisation) • Haut taux de sel >< Stabilité • Synthèse, caractérisation structurale, caractérisation énergétique • Sels: SrBr2, MgCl2, CaCl2, MgSO4,SrCl2

• Matrice poreuse : Gel de silice (essentiellement) Développement de matériaux composites et de matériaux poreux innovants (candidats

futurs) • MOFs: Metal Organic Framework comme matériaux poreux ou comme matrice

poreuse (CaCl2, SrBr2) Densité énergétique cible : > 150 kWh/m3

5

6

Résultats

Matériaux

BET SEM-EDX XRF IR TGA XRD Thermo-

XRD

Bulk densit

y

Grain size

distribution

cp Efficiency test

water sorpti

on isothe

rms

stability

under cycles

Test on

mM

large scale

production

silica gel/CaCl2 40% (SG100, SG62, SGSanpont)

x x x x x x x x x x x x x x x

silica gel/CaCl2 26% (SG100) x x x x x x x

SG100 /MgCl2 38.48% x x

SG100 /MgCl2 33.18% x x

SG100/MgCl2.2H2O 39.38% x x

activated carbon/CaCl2 32% x x x x x

silica gel SG62/MgSO4 33% x x

silica gel SG62/MgSO4 51.6% x x

silica gel SG62/MgCl2.2H2O 44.47% x x x x x x x x x x x x x x

silica gel SG62/SrBr2 58% x x x x x x x x x x x x x x

silica gel SG100/SrCl2 42.72% x x

silica gel SG100/SrBr2 48% x x x x x x x

• Composites pour application rapide :

7

Résultats

• Gel de silice-CaCl2 (40%)

0,36 geau/gsolide

Densité énergétique de l’ordre de 200 kWh/m3

30°C-80°C 1250 Pa

8

Résultats

• Gel de silice-SrBr2 (58%) 0,22 geau/gsolide


30°C-80°C 1250 Pa

9

Résultats

• Composites et matériaux poreux innovants :

Matériaux

BET SEM-EDX

XRF IR TGA XRD Thermo-

XRD Bulk density

Grain size distribution

cp Efficiency

test

water sorption

isotherms

stability under cycles

Test on mM large scale production

MIL127(Fe) x x x x x 30°C et 80°C

MIL100(Fe) x x x x x 30°C et 80°C

MIL100/CaCl2 38% x x x x x 30°C et 80°C

MIL100/CaCl2 49% x x x x x 30°C et 80°C x




NH2-MIL125(Ti) x x x x x

NH2-UiO66(Zr) x x x x x

NH2-MIL125/CaCl2 x x x x

NH2-UiO66/CaCl2 x x x x

MIL160(Al) x x x x x

MIL101(Cr) x x x

MIL160/CaCl2 34% x x

MIL101/CaCl2 62% x x x x x x x x

MIL101/SrBr2 60% x x x x x x x x

10

Résultats

• MIL160

0,33 geau/gsolide


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

m (

wate

r) p

er

m (

dry

ad

so

rben

t) /

g.g

-1

p/ Pa

adsorption desorption30 C

40 C 50 C

60 C

70 C

80 C

30°C-80°C 1250 Pa

11

• 2 composites pour utilisation à court terme : – Densité énergétique dans les conditions de référence : 200 kWh/m3 (matériaux

en tas). – Stable dans le temps. – Méthode de synthèse et/ou composite innovant – Performances (densité énergétique) supérieures à ce qui est rapporté dans la

littérature – Prix

• Famille de composites à base de MOF – Composites et méthodes de synthèse innovantes (premiers travaux sur le sujet) – Certains sont prometteurs – Problème de la production à grande échelle, coût

• MIL160 – Première étude sur l’utilisation de ce MOF pour le stockage de chaleur – Nouvelle méthode de synthèse – Meilleure densité énergétique jamais reportée pour un adsorbant physique – Problème de la production à grande échelle, coût

Résultats

12

• Densités énergétiques calculées dans des conditions de référence (30°C-80°C – p=1250 Pa)

• Quelles sont les conditions réelles d’utilisation, impact sur la densité énergétique ? – Mise à disposition des isothermes dans un vastes domaine de conditions de T, p – Conditions de fonctionnement dépendent de l’intégration du réacteur dans le système complet

• Cinétique de réaction – densité énergétique – Puissance thermique – La sélection se fait sur base de la densité énergétique dans des conditions d’équilibre; en

réalité, le réacteur ne permet pas d’atteindre les conditions d’équilibre (perte de densité énergétique)

– La cinétique conditionne la puissance thermique – Plus la réaction approche de l’équilibre, plus elle est lente (compromis entre la puissance

thermique et la densité énergétique ou entre la taille du réacteur et la taille du stockage de solide

• Caractéristiques du réacteur et de la configuration du système (mode chauffage) – Vitesse d’air élevée (cinétique élevée, puissance thermique élevée) – Humidité de l’air importante (cinétique initiale élevée, puissance thermique élevée, densité

énergétique élevée) – Temps de contact élevé - taille importante du réacteur (densité énergétique élevée) – Circulation de solide (puissance thermique constante) – Faibles pertes de charges

• Tests en prototype de labo : – Quelques centaines de W par kg de solide

Mise en oeuvre des matériaux

13

• Demande en chaleur d’un bâtiment de 3000 kWh avec une puissance de 2 kW au maximum:

– 15 m3 de matériaux en stockage (facteur 5 / stockage dans l’eau, facteur 10 / stockage dans le sol)

– 7 kg de solide dans le réacteur

Applications

14

• Courbon E., D’Ans P., Permyakova A., Skrylnyk O., Steunou N., Degrez M., Frère M., "Further improvement of the synthesis of silica gel and CaCl2 composites: Enhancement of energy storage density and stability over cycles for solar heat storage coupled with space heating applications " in Solar Energy 157, 2017, 532-541, 10,1016/j.solener.2017,08,034

• Permyakova A., Wang Sujin, Courbon Emilie, Nouar Farid, Heymans Nicolas, D'Ans Pierre, Barrier Nicolas, Billemont Pierre, De Weireld Guy, Steunou Nathalie, Frère Marc, Serre Christian, "Design of salt–metal organic framework composites for seasonal heat storage applications" in Journal of Materials Chemistry A, 10.1002/cssc.201700164 (2017)

• Permyakova A., Skrylnyk Oleksandr, Courbon Emilie, Affram M., Wang Sujin, Lee U.-H., Valekar A.H., Nouar Farid, Mouchaham G., Devic Thomas, De Weireld Guy, Chang J.-S., Steunou Nathalie, Frère Marc, Serre Christian, "Synthesis optimization, shaping and heat reallocation evaluation of the hydrophilic Metal Organic Framework MIL- 160(Al" in ChemSusChem, 10, 7, 1419–1426, 10.1002/cssc.201700164 (2017)

• Courbon Emilie, D'Ans Pierre, Permyakova A., Skrylnyk Oleksandr, Steunou Nathalie, Degrez Marc, Frère Marc, "A new composite sorbent based on SrBr2 and silica gel for solar energy storage application with high energy storage and stability" in Applied Energy, 190, 1184, 1194 (2017)

• D'Ans Pierre, Hohenauer Wolfgang, Courbon Emilie, Frère Marc, Degrez Marc, Descy Gilbert, "Monitoring of thermal properties of a composite material used in thermochemical heat storage" in "Eurotherm Seminar 99 : Advances in Thermal Energy Storage" , Lleida, Spain (2014)

Publications

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Systèmes et réacteurs

Réunion de clôture - Arlon ULg - 2017/09/20

1

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1. Intégration dans système Sous vide/atmosphérique Ouvert/fermé

2. Différents types de réacteurs

3. Système de transfert entre stock matière première et réacteurs

Design des réacteurs thermochimiques


2

BE-SOL

1. Intégration dans système Le concept des réacteurs thermochimiques par sorption met en œuvre les phénomènes de transport de matières et d’énergie.

Enceintes sous vide

Les réactions de sorption peuvent être réalisés dans des enceintes sous vide.


Avantage Inconvénients

• Transfert de matière (vapeur d’eau par ex.) est très favorisé

• Complexité de fabrication • Difficultés de maintien des conditions de

vide • Réduction des modes de transfert de

chaleur: pas de convection, conduction réduite et rayonnement


3

BE-SOL

1. Intégration dans système Le concept des réacteurs thermochimiques par sorption met en œuvre les phénomènes de transport de matières et d’énergie.

Réacteurs sous pression atmosphérique


Avantages Inconvénients

• Construction et maintenance plus simple • Choix entre système ouvert ou système

fermé • Transfert thermique important par

convection forcée • Consommation d’énergie auxiliaire plus

faible

• Transfert de masse de molécules d’eau sous forme de vapeur réduit par la présence de gaz atmosphérique

• Conditions de transfert de chaleur tributaires des écoulements d’air dans le milieu poreux

• Effet de corrosion


4

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1. Intégration dans système Réacteurs sous pression atmosphérique

Système sous pression atmosphérique → Permet 2 configurations possibles:


Le modèle de réacteur sous pression atmosphérique a donc été choisi pour développer les prototypes de réacteurs à intégrer dans le système.

Système ouvert Système fermé


5

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1. Intégration dans système

Représentation du milieu réactif sous pression atmosphérique


Les molécules de vapeur d’eau présentes dans l’air vont s’adsorber sur la surface des matériaux en libérant de l’énergie. Il faut donc apporter, par un flux d’air, des molécules d’eau en permanence pour maintenir l’adsorption et l’énergie dégagée. Cette énergie dégage de la chaleur qui va être transférée au flux l’air qui entoure les grains de matières.

En adsorption le flux d’air qui traverse le milieu poreux d’une part perd de son humidité et d’autre par gagne en température.


6

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1. Intégration dans système

Considérations sur le transfert d’énergie entre les grains du matériau et l’air Conduction du grain dans lequel se situe la réaction d’adsorption:

• Taille du grain moyen : 250 µm • La conduction thermique est de l’ordre de 1 W/m*K

Comme la distance de transfert est très petite la faible conduction n’offre pas de résistance au transfert d’énergie vers la surface du grain. En tenant compte de la compacité on estime que la surface d’échange est de l’ordre de grandeur de 16.000 m²/m³ de matériau. Ainsi un lit de 1m² et de 10mm d’épaisseur a une surface interne d’échange de 160 m². En prenant un coefficient d’échange thermique de 15W/m²*K on a donc sur le lit de 1m² un échange de 2,400 W/K ce qui est excellent.



7

BE-SOL


Réacteur à lit statique ou à lit mobile?

Le matériau qui adsorbe de la vapeur d’eau s’enrichit en masse jusqu’à la limite de déliquescence et dès ce moment la production d’ énergie est réduite fortement. Se pose le problème de remplacer le matériau dans le réacteur. On peut considérer que le matériau reste fixe et dès lors tout le stock de ce matériau est en même temps un réacteur. C’est la conception du réacteur/stockage intégré. Lorsqu’on a besoin d’une grande masse de matériau il est économiquement impossible de construire suivant ce principe. Réacteur séparé du stockage de matériau et nécessite de réaliser le transfert entre les deux équipements



8

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2. Réacteur à lit mobile (réacteur dont le matériau est mobile)

Facteur influençant le rendement du réacteur : Pertes de charge de l’air à travers le lit 2 types de réacteurs:

• Lit agité: choix qui réduit fortement la perte de charge • Lit confiné vertical: perte de charge fonction de la granulométrie/épaisseur/vitesse

d’air

Premier choix: lit agité Deux types de réacteurs:

• Lit horizontal • Lit circulaire

Design des réacteurs thermochimiques 1


9

BE-SOL

2. Réacteur à lit mobile horizontal



10

BE-SOL

2. Réacteur à lit mobile circulaire



11

BE-SOL



Intégration des échangeurs et de la circulation du composite


12

BE-SOL



Tests au CEA/INES (Le Bourget-du-Lac, France)


13

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Analyse des réacteurs Puissance (output) Variable

Impossible d’ajuster une puissance constante Transfert de solide poreux

Temps trop long de transfert, principalement évacuation Fragilité vannes Résidus restent sur le tamis du réacteur

Fluidisation par vibrations Besoin faible en énergie(41W) Fiabilité mécanique Pertes de charge très faibles < 70 Pa Bruit trop important (> 65 dB)



14

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Deuxième choix: réacteur à lit confiné vertical (écoulement gravitaire contrôlé) Objectif: puissance constante

Écoulement du composite par couche intermittente (6 couches) • Avantages : simplicité de fonctionnement/gestion flux de solide • Difficulté : gestion du débit du solide



15

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2. Réacteur à lit confiné vertical


Réacteur monté sur banc de test chez Be-Sol

2


16

BE-SOL

2. Réacteur à lit confiné vertical


Réacteur monté sur banc de test au CEA/INES

2


17

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2. Réacteur à lit confiné vertical Caractéristiques du réacteur monté chez Be-Sol et résultats des tests


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700

Pair(W)

Time(s)

P air(W)

Taux de cyclage/masse initiale

66 Moy. mobile sur pér. (P air(W))

2


18

Surface de passage air 0,3120 m2

Epaisseur lit vertical 0,008 m

Volume lit vertical 0,0025 M3

Humidité initiale composite 13% %

Masse intiale dans lit réacteur 1,98 Masse initiale dans le lit

BE-SOL








2


19

500

525

550

575

600

625

650

840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680

Pair(W)

Time(s)

P air(W) durant phase régime (840 to 1680 s / 14 minutes)

P air(W)

24 Moy. mobile sur pér. (P air(W))

BE-SOL




20

20,0021,0022,0023,0024,0025,0026,0027,0028,0029,0030,0031,0032,0033,0034,0035,0036,0037,0038,0039,0040,0041,0042,0043,0044,0045,0046,0047,0048,00

0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700

Pair(W)

Time(s)

T sortie (moyen)

T Entrée (moyen)

T Entrée réacteur

21 Moy. mobile sur pér. (T sortie (moyen))






BE-SOL

3. Système de transfert de composite

Transfert nécessaire du composite sous forme de poudre entre réacteur et stockage Caractéristiques à respecter:

• Automatique • Éviter que le composite ne soit à l’air libre • Faible consommation énergétique • Pas trop lent • Ne pas dégrader le composite • Ne pas mélanger le composite anhydre et hydraté • Ne pas être sujet à la corrosion par le composite • Aussi compact que possible • Coût raisonnable



21

BE-SOL

3. Convoyeur à vis d’Archimède

1er système testé: vis sans fin à faible frottement



22

1

BE-SOL

3. Convoyeur à vis d’Archimède

Problèmes:



23

1

Corrosion Colmatage

Dégradation du composite: Granulométrie moyenne du composite: 70µm Maillage tamis: trous de 50µm • Taux de passage avant utilisation du système à vis: 0,4% • Taux de passage après 10h dans vis en mouvement: 48%

BE-SOL

3. Convoyeur XYZ

Robot avec 3 degrés de liberté de translation



24

2

• Encombrant • Moteurs trop puissants et chers • Nécessite de la précision mécanique • Coûts très élevés

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3. Transfert par dépression

1ère étape: état de l’art des systèmes de transfert de poudre sur le marché.

2 problèmes: • Systèmes fabriqués uniquement avec de l’inox 304L ou 316L (qui sont corrodés

par le composite) • Extrêmement cher (système de test pour 12.000€ et système complet entre

50.000 et 70.000€)

2ème étape: un système a été développé et testé dans le laboratoire de Be-Sol



25

3

BE-SOL

3. Transfert par dépression

Système développé par Be-Sol



26

3

• Transfert de composite par paquets et à vitesse lente (1m/s)

• Distance de transfert testée: 12m de long et 3m de haut. Possibilité d’atteindre les 50m de long et 20m de haut.

• Transfert rapide • Consommation énergétique < 3% du contenu

énergétique du composite • Résultats après + de 70 cycles: aucune dégradation

du composite

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3. Système de transfert de composite Tableau récapitulatif



27

Vis d’Archimède Convoyeur XYZ Transfert par dépression

Composite pas à l’air

libre √ √ √

Consommation

énergétique × (250W x4)

× (Moteurs trop

puissants) √

Durée √ (5min) √ (une dizaines de

minutes) √

Pas de dégradation du

composite × √ √

Pas de mélange

anhydre/hydraté × √ √

Pas sujet à la corrosion × √ √

Compacité √ × √

Coût × (+ de 10 000€)

× (12 816.01€

seulement pour les

moteurs)

√

INTÉGRATION SYSTÈME ET SIMULATION Séminaire de clôture du projet SoTherCo

ULiège – Arlon Campus Environnement

grant agreement n°295775

Samuel Hennaut - Elisabeth Davin Romain Baiwir - Philippe André

Bâtiment Emetteur de

chaleur

Capteur solaire Ballon tampon

Réacteur Echangeurs

Adsorption Désorption

METHODOLOGIE SYSTÈME

Simulation Expérimentation 1an 1h

CONTENU

• Expérimentation • Adsorption (chauffage) • Désorption (stockage) • Amélioration intégration système

• Simulation • Système/Bâtiment • Résultats annuels • Consommations électriques auxiliaires

PLATEFORMES EXPÉRIMENTALES Le Bourget-du-Lac CEA - INES Uniquement réacteur Arlon - ULiège Réacteur intégré au système

Emulation Conditions reproductibles, stables et comparables

SYSTÈME ULIÈGE • 1er prototype en taille réelle

– 1 kW

• Intégration système et bâtiment (ballon, émetteur) • Inclus stockage & transport de

l’adsorbant

• Configurations multiples • Système ouvert/fermé • Humidification • Récupération • Source froide

CONFIGURATIONS PRINCIPALES

Chauffage : boucle fermée Stockage : boucle ouverte

EXPÉRIMENTATION SEMI-VIRTUELLE

Chauffage : boucle fermée Stockage : boucle ouverte

CHAUFFAGE - ADSORPTION • Conditions standards

• Boucle d’air fermée • 2.15 kg adsorbant

• 25°C retour chauffage

• Pas de source froide (≤8°C) • Débit d’air: 250 m³/h

• Flux de chaleur • Moy. réacteur: 600 W

• Moy. utilisateur: 254 W • Durée: 47 min

-200-100

0100200300400500600700800

Hea

t fl

ow

[W

]

Time (day and hour)

P.Air.Reactor(W) P.Wat.User(W)

CHAUFFAGE - ADSORPTION • Conditions standards

• Température moyenne • Sortie réacteur: 29 °C

• Départ chauffage: 27.8 °C

• Densité énergétique • Réacteur : 153 kWh/m³

• Utilisateur: 65 kW/m³

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

Tem

per

atu

re [

°C]

Time (day and hour)

T26(°C) T27(°C) TavgIn(°C) TavgOut(°C)

Utilisateur Réacteur

Réacteur

Utilisateur

CHAUFFAGE – ADSORPTION - BILAN

0

100

200

300

400

500

600

700

IN [Wh] OUT [Wh]

Ene

rgie

[W

h]

Humidif.

User

Fan & CS HX inertia

Reactor42 %

Réacteur

Utilisateur

Humidif.

AMÉLIORATIONS POSSIBLES • Source froide

• Plus chaude • En. Utilisateur/En. Réacteur = 70 % à 20°C • Préacteur,moy= 980 W

• Utiliser l’air humide extrait du bâtiment par la VMC boucle ouverte

• Putilisateur = Préacteur * ηéchangeurs

• Isolation du réacteur (tests à venir)

• Récupération améliorée (échangeurs)

Amélioration densité énergétique et flux de chaleur

STOCKAGE - DÉSORPTION

0

20

40

60

80

100

60 70 80 90

Du

rée

[m

in]

- Ef

fica

cité

[%

]

Température de l'eau pour la désorption [°C]

Durée [min] Efficacité [%]

SIMULATION SYSTÈME

Climats européens

Puissance réacteur upscalling

MASSE DE SOLIDE

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Mas

se d

e s

olid

e [

kg]

Puissance réacteur [kW]

Brussels Solid (kg)

Vienna Solid (kg)

Stockholm Solid (kg)

Besoins inexistants pour

Barcelone

APPOINT CHAUFFAGE

0

50

100

150

200

250

300

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Ap

po

int

chau

ffag

e [

kWh

]


Brussels BU H (kWh)

Vienna BU H (kWh)

Stockholm BU H (kWh)

Besoins inexistants pour

Barcelone

DIMENSIONNEMENT BRUXELLES

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

Ap

po

int

chau

ffag

e [

kWh

]

Mas

se d

e s

olid

e [

kg]


Solid (kg)

Appoint (kWh)Autonomie solaire (800 W)

Prototype boucle fermée

250 W

Estimation proto boucle ouverte

500 W

TECHNOLOGIE CAPTEURS

0%100%200%300%400%500%600%700%800%900%

1000%

15 20 25 30

Ap

po

rt s

ola

ire

s p

ou

r st

ock

age

sai

son

nie

r

[%

de

s b

eso

ins]

Surface capteur [m²]

EFPC - 40°

FPC - 40°

ETC1 - 40°

ETC 2 - 40°

Prototype

Capteurs plans inadaptés pour désorption à 85°C

CONSOMMATIONS ÉLECTRIQUES AUXILIAIRES

Climat de Bruxelles

CONSOMMATIONS ÉLECTRIQUES AUXILIAIRES

Climat de Bruxelles

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

• Prototype actuel • OK pour maison passive

• Habitation basse énergie: augmentation d’échelle

• Couplage VMC prometteur

• Optimiser tous les composants • Echangeurs: dimensionnement, isolation

• Auxiliaires: transport, ventilateur, contrôle

INSIDE SOTHERCO?

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Aspects technico-économiques


1

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2

Sous-systèmes Le système de stockage étudié et développé dans SOTHERCO comprend principalement 4 sous-systèmes:

1. Le réacteur et ses composants associés: échangeurs, conduits aérauliques, ventilateurs, régulation, …

2. Le système de transfert 3. Les réservoirs de stockage 4. Le matériau de stockage

Le stockage transfère l’énergie qui lui est livrée avec un rendement dû aux pertes thermiques durant les transformations . Cependant les pertes d’énergie des réaction exo-endothermiques sont nulles dans le processus thermochimique. Le matériau composite de stockage dans son état anhydre ne perd pas d’énergie pour autant qu’il soit à l’abri de l’humidité!

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3

Analyse du coût du transfert de l’énergie qui transite complètement dans le système Cette quantité d’énergie est la valeur nette utile délivrée à la sortie du système de stockage. Établissement du coût de transfert : données et paramètres

1) Investissement initial dans les 4 sous-systèmes 2) Cout de maintenance 3) Cout de consommation d’énergie auxiliaire 4) Valeurs résiduelles au terme de la durée de vie 5) Durée de vie des sous-systèmes 6) Quantité d’énergie en transit pendant la durée de vie

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4

Analyse du coût du transfert de l’énergie qui transite complètement dans le système Paramètres qui influencent le plus de coût de transfert:

Quantité d’énergie en transit pendant la durée de vie Prenons une capacité de stockage Cs (MJ ou kWh). Considérons que cette Cs est utilisée 10 fois/an et que la durée de vie estimée est de 25 ans. L’ensemble des coûts (1+2+3-4) est à diviser par 250. Si pour les mêmes coûts l’utilisation n’est que de 1 fois/an pendant même une durée augmentée de 30 ans, les coûts sont à diviser par 30 seulement.

Donc quand dans le projet SOTHERCO on étudie le stockage inter saisonnier, on se situe économiquement dans la configuration la plus difficile

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Calcul d’évaluation

Capacité de stockage 2.500,00 kWh

Volume stockage 17,61 m3

Masse composite 12.500,00 kg

P max reacteur 3,00 kW

Nb de cycle/an 1,00

Description

taux valeur

résiduelle Durée vie (y) Invest (€)

Cout €/kWh

transfert %

Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 10%

Système de transfert 30 3.377 0,05 6%

Réservoirs stockage 30 3.859 0,05 7%

Materiau de stockage 30 43.575 0,58 78%

Valeur résiduelle Composite 0% 30 - -

Total 56.174 0,75 100%

Description

taux valeur


Cout €/kWh

transfert %

Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 16%


Réservoirs stockage 30 3.859 0,05 11%


Valeur résiduelle Composite 50% 30 21.788 - 0,29 -

Total 34.386 0,46 100%

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Calcul d’évaluation Cas où le nombre de cycles/an est >1 (on n’est plus dans l’inter saisonnier!) On voit que le cout de transfert est réduit par 4.

Capacité de stockage 166,67 kWh

Volume stockage 1,17 m3

Masse composite 833,33 kg

P max reacteur 3,00 kW

Nb de cycle/an 15,00

Description

taux valeur


Cout €/kWh

transfert %

Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 62%


Réservoirs stockage 30 772 0,01 9%


Valeur résiduelle Composite 50% 30 1.452 - 0,02 -

Total 8.713 0,12 100%

Environment

Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017