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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
4
Temps
Lot 1 Arrêt Arrêt
Rejets
Lot 2 Lot 3
…
• Procédés discontinus (batch)
Besoins
Δ t
JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017
Introduction
5
• Procédés discontinus (batch)
Temps
Lot 1 Arrêt Arrêt Besoins
Lot 2 Lot 3
Rejets
Stockage Thermique
PAC
Besoins
…
JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017
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.
JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017
Objectifs du projet STEEP
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• Deux gammes de température 70-85°C et 120-155°C ;
• Economique et écologique ;
• Système basé sur l’utilisation de MCP.
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Objectifs du projet STEEP
8 JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017
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
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• ANR SEED 2013
• 1 Janvier 2014 – 42 Mois
• Labellisation Capenergies
Université de Aix-Marseille et Toulon
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Description des tâches
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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
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Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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• 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)
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• 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
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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
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
13 JCAT 48, Rueil-Malmaison, 29 mai- 1er juin 2017
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
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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
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Université de
Aix-Marseille et Toulon
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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• Tache 3=> 2 systèmes de stockage envisagés en adéquation avec …
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
• 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
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Tâche 2: Etude des composants Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
• 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
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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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Tâche 5: Modélisation du système de stockage Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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Obtention des courbes enthalpiques: exemple à BT
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Tâche 5: Modélisation du système de stockage Le rôle de la calorimétrie dans STEEP
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)
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