Cette thèse étudie le potentiel d’un système thermochimique comme outil d’amélioration des performances d’un réseau de chaleur. Elle s’est déroulée dans le cadre d’une collaboration avec la société Réseaux de Chaleur Urbains d’Alsace. L’objectif du projet est d’équiper une installation de RCUA avec un système thermochimique, afin de valoriser un gisement de chaleur fatale.
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Cela correspond à une tentative de porter le niveau de maturité technologique de ce type de système de l’échelle du matériau à celle du prototype préindustriel.Premièrement, une analyse de l’état de l’art situe les systèmes de stockage thermochimique au sein de la famille plus large des systèmes thermiques à sorption solide. Puis la thermodynamique des cycles à adsorption et les principales problématiques et solutions techniques sont présentées (systèmes ouverts/fermés, etc.).Deuxièmement, le comportement hygroscopique du matériau est caractérisé (modèle de Dubinin-Astakhov), ainsi que sa chaleur d’adsorption, sa conductivité thermique et sa capacité calorifique massique à pression constante, pour laquelle une méthodologie spécifique a été développée.Enfin, la conception d’un système industriel repose sur des travaux expérimentaux (prototype de 5 kg) et numériques (modèles). Différents cycles sont testés, modélisés et validés à l’échelle du laboratoire. S’appuyant sur ces résultats, deux scénarii d’intégration dans une installation en exploitation sont étudiés. Parmi eux, la stratégie reposant sur un cycle pseudo-continu de transformation de la chaleur contenue dans un flux d’air humide à 62 °C semble prometteuse. En effet, 700 MWh peuvent être revalorisés chaque mois sur un réseau fonctionnant à 90 °C.. This thesis aims at studying adsorptive heat transformation and storage systems as tools for improving the performance of district heating networks. The project was carried out in collaboration with the company Réseaux de Chaleur Urbains d'Alsace (Strasbourg, France). The project aims at implementing such a system into an existing facility, to recover industrial waste heat. Starting from the material scale, the target is set to the pre-industrial prototype (containing several tons of material).First, the main solid sorption technologies are reviewed (heat pumps, heat transformers, storage). Then, the thermodynamics of adsorption cycles and the main issues and technical solutions are presented (open/closed systems, etc.).Secondly, the hygroscopic behavior of the material is characterized (Dubinin-Astakhov model), as well as the heat of adsorption, the thermal conductivity and the specific heat capacity, for which a dedicated methodology has been developed.Finally, the development of an industrial system relies, at an intermediate scale, on both experimental (5 kg prototype) and numerical (models) works. Different cycles are tested, modeled and validated at the laboratory scale. Based on these results, two integration scenarios into an existing facility are studied. Among them, the strategy based on a pseudo-continuous cycle that upgrades low-grade waste heat seems promising. Indeed, 700 MWh can be recovered each month from a flow of humid air at 62 °C, and delivered into a network operated at 90°C.
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*Développement d'une unité de stockage thermochimique pour la récupération des énergies fatales d'un réseau de chaleur urbain / Elliot Scuiller ; sous la direction de Simona Bennici et de Patrick Dutournié 2022 Données textuelles
Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....). Partenaire(s) de recherche : Institut de Science des Matériaux de Mulhouse (Laboratoire), Institut de Science des Matériaux de Mulhouse / IS2M (Laboratoire)
Note de thèse
: Thèse de doctorat : Chimie des matériaux : Mulhouse : 2022
Notes techniques
Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF
Titre traduit ajouté par le catalogueur
Development of a thermochemical heat storage unit for low-grade heat recovery in district heating networks
