Modélisation et calibration d’un modèle numérique pour le stockage d’énergie par air comprimé (CAES)

Résumé

La transition vers les sources d'énergie renouvelable, telles que le solaire et l'éolien, est cruciale pour lutter contre le changement climatique. Cependant, leur caractère intermittent nécessite le développement de solutions de stockage d'énergie fiables. Parmi celles-ci, la technologie de stockage d'énergie par air comprimé (CAES) offre des perspectives prometteuses Alors que les systèmes de CAES souterrains ont démontré leur potentiel à grande échelle, un intérêt croissant se porte désormais sur les installations hors terre de plus petite taille, en raison de leur meilleure flexibilité et densité énergétique. Toutefois, la technologie CAES hors terre demeure encore peu mature et nécessite des recherches approfondies. Cette étude vise à réaliser une analyse d'un système CAES hors terre en combinant des données expérimentales et des simulations numériques. L'objectif principal est d'identifier des pistes d'amélioration afin de contribuer à l'avancement de cette technologie. Un modèle numérique a été élaboré en tenant compte des propriétés réelles de l'air. Pour représenter les évolutions temporelles, une approche en régime transitoire a été adoptée, impliquant une discrétisation des évolutions en une série de courts intervalles. Les données expérimentales ont été utilisées pour calibrer le modèle, garantissant une précision avec une erreur moyenne absolue en pourcentage constamment inférieure à 4,0 %. De plus, une analyse paramétrique a été réalisée pour évaluer l'impact des principaux paramètres du système sur le rendement sur cycle. Cette analyse paramétrique a révélé des variations significatives dans le rendement sur cycle, le nombre d'étages de turbine émergeant comme un facteur crucial. En augmentant le nombre d'étages de un à trois et en incorporant un préchauffage avant chaque étage, le rendement du système s'est nettement amélioré, passant de 4,5 % à 16,0 %. Une analyse supplémentaire a confirmé la faisabilité et la pertinence de l'intégration du stockage d'énergie thermique (TES) dans le système actuel, conformément au concept CAES adiabatique. Des calculs théoriques ont indiqué une abondance d'énergie thermique extraite de l'air comprimé, permettant une expansion entièrement chauffée avec une turbine à trois étages. L’énergie excédentaire pourrait être utilisée à des fins de cogénération, telles que le chauffage d'un bâtiment.

Date	5 juin 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Didier Haillot (Directeur(-trice)) & Brice Le Lostec (Codirecteur(-trice))