Stockage d’énergie en mer, une thèse et des développements

France – Jeudi 27/09/2018 – energiesdelamer.eu – IMT Atlantique – La thèse de Doctorat de Thibault Neu sur le stockage intitulée « Etude expérimentale et modélisation de la compression quasi isotherme d’air pour le stockage d’énergie en mer / Experimental study and modeling of near isothermal air compression for offshore energy storage device » a été soutenue sous le sceau de l’Université Bretagne Loire, le 30/06/2017. Le développement est en cours au sein du groupe Segula Technologies.

Etude expérimentale et modélisation de la compression quasi isotherme d’air

pour le stockage d’énergie en mer

Rapporteurs : Souad HARMAND, Professeur, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis Philippe MARTY, Professeur, Université de Grenoble

Examinateurs : Nadine ALLANIC, Maitre de conférences, Université de Nantes Laurent-Emmanuel BRIZZI, Professeur, Université de Poitiers Jean-Luc HARION, Professeur, IMT-Lille Douai

Invité(s) : David GUYOMARC’H, Responsable R&I, SEGULA Technologies

Directeur de Thèse : Camille SOLLIEC, Maitre de recherches, Institut Mines-Télécom Atlantique

Co-encadrant de Thèse : Alain BIGNON, Docteur, pour le compte de l’entreprise SEGULA Technologies

Son responsable de formation de master GSI « Maîtrise » de l͛’énergie de l’université de Rouen était Bruno Chéron.

Plusieurs solutions de stockage d’énergie existent. Une description forte utile des différents modes de stockage est présentée sous forme d’introduction.

1 – Le stockage électrique direct

avec le Stockage par inductance Supraconductrice (SMES)

et le stockage par supercondensateur

2 – Le stockage par voie chimique avec

. le stockage par conversion H2

. le stockage en batteries électrochimiques

. le stockage électrochimique à circulation

3 – Le stockage thermique

4 – Dans le cadre du stockage mécanique

. le stockage d’énergie cinétique

. le stockage d’énergie potentielle

. le stockage par pression statique

La recherche de solutions de stockage massif de l’énergie

Cette grande variété de solutions de stockage est à mettre en lien avec la variété des services que doit rendre le stockage d’énergie. En effet, chaque technologie possède des caractéristiques et capacités propres pouvant répondre à des besoins différents en termes de puissance, capacité, temps de réaction, coût, rendement, délai ou encore sécurité. Cependant, aucune des solutions de stockage explicitées précédemment ne pourra pas être appliquée de manière universelle au stockage massif de l’énergie. Il ressort que le stockage par air comprimé présente un intérêt particulier pour le stockage massif de l’énergie. En effet, couplé à des solutions de production éolienne, ce type de stockage pourrait générer 30 % de revenu brut supplémentaires pour les parcs éoliens par rapport à une solution sans stockage (Manchester et Swan 2013).

Résumé de la thèse

Etude expérimentale et modélisation de la compression quasi isotherme d’air pour le stockage d’énergie en mer / Experimental study and modeling of near isothermal air compression for offshore energy storage device.

Le stockage d’énergie par air comprimé est une des technologies nécessaires à l’emploi massif des énergies renouvelables intermittentes, d’origine solaire ou éolienne. La compression d’air par piston liquide permet d’augmenter l’efficacité du stockage d’énergie en favorisant un échange thermique intense dans la chambre de compression.

La description et l’évaluation de cet échange convectif pour des chambres de compression à faible rapport alésage/course ne sont cependant que peu étudiées dans la littérature scientifique. A l’aide d’une étude expérimentale menée sur deux bancs d’essais, l’échange convectif interne dans la chambre de compression est étudié. Une méthode inverse, couplée à la mesure de la température de l’air comprimé et de la position du piston, est employée afin de déterminer les transferts thermiques pariétaux instantanés au cours des compressions. Après avoir mis en lumière la présence systématique d’une transition du régime convectif de type laminaire vers un régime turbulent dans le volume d’air comprimé, de nouvelles corrélations d’échange convectif sont recherchées. Sur la base de 73 expérimentations, plusieurs formes de corrélations basées sur des nombres sans dimension sont optimisées puis comparées.

Deux nouvelles corrélations du nombre de Nusselt, l’une en régime laminaire et l’autre en régime turbulent, sont ensuite sélectionnées. Un modèle instationnaire thermodynamique 1D de la chambre de compression est alors construit dans l’environnement Matlab / Simulink afin de tester la qualité de ces corrélations. Les résultats numériques sont ainsi comparés aux données expérimentales. Finalement, deux essais expérimentaux supplémentaires, réalisés sur un banc d’essai différent, permettent de confirmer la qualité des nouvelles corrélations d’échange convectif proposées.