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Auteur(s)
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Jean-Pierre DUMAS : Professeur - Directeur du laboratoire de thermodynamique et énergétique (LTE) - Université de Pau et des Pays de l’Adour
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L’électricité, qui est un important vecteur de l’énergie présente de nombreux avantages :
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elle peut être produite à partir de multiples sources primaires fossiles et non fossiles ;
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elle peut être transportables en grande quantité et sur de grandes distances ;
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elle est convertibles dans les principales formes d’énergie mécanique, chimique et thermique.
Par contre, l’un de ses inconvénients majeurs est qu’elle n’est pas stockable, excepté en repassant sous une autre forme d’énergie, notamment chimique (piles), mécanique (centrale de pompage de l’eau) ou thermique (objet du présent article). Des efforts sont donc nécessaires dans le domaine du stockage de l’énergie. C’est ce qu’encouragent les pouvoirs publics dans un rapport sur les Technologies Clés 2005 [1] où le thème du stockage de l’énergie est identifié comme majeur et sur lequel un effort de recherche et développement doit se concentrer. En particulier, les auteurs du rapport demandent « une multiplication, dans des conditions économiques intéressantes, des capacités massiques de stockage par un facteur 10 qui permettrait de modifier considérablement le paysage énergétique ».
Ainsi l’industrie du froid est souvent confrontée à une demande énergétique non constante avec des « pics » et des « creux ». Il est alors intéressant de stocker l’énergie pour une utilisation différée profitant d’une meilleure tarification de l’énergie pour un investissement moindre basé sur une utilisation moyenne.
Après quelques généralités sur le stockage de l’énergie thermique, nous décrivons tous les avantages du stockage par chaleur latente grâce aux transformations solide-liquide (corps purs ou solutions) dont nous rappelons les aspects phénoménologiques en insistant sur le phénomène de surfusion qui, parfois, est une source d’ennuis ou d’incompréhensions.
La majeure partie de cet article est consacrée à la description des trois méthodes principales pour le stockage du froid par chaleur latente :
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les bacs à glace dont la technique est maintenant éprouvée et basée sur une expérience très ancienne ;
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la méthode utilisant les nodules encapsulés qui, depuis quelques années, est opérationnelle ;
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le coulis de glace qui en est encore au stade de la recherche et du développement.
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Critères de choix d’un matériau à changement de phases
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2. Avantages et inconvénients du stockage par chaleur latente
Pour illustrer les avantages du stockage par chaleur latente, on peut schématiser (figure 1) l’histogramme de consommation d’un système de climatisation suivant les heures de la journée [25]. Bien entendu, il n’y a pratiquement pas de consommation la nuit alors qu’il y a une consommation maximale dans l’après-midi. Sur la figure 2, il est envisagé un stockage la nuit et l’utilisation d’un déstockage le jour en même temps qu’une production directe. On constate sur ce graphique que les principaux avantages sont :
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une consommation d’électricité la nuit pour profiter de tarifs spéciaux pour le stockage et une utilisation du déstockage à des périodes ou l’électricité est chère ;
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un investissement pour un groupe frigorifique qui fonctionnera régulièrement à une puissance correspondant à la production réduite du jour ou du stockage la nuit et non pour satisfaire la puissance maximale sur une courte période. Plus généralement, il y aura un écrêtage des demandes de puissance évitant les fonctionnements intempestifs pas toujours recommandés pour les groupes frigorifiques.
Ajoutons une autre fonction qui est :
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la sécurité : en cas de panne il suffit d’un appareillage réduit pour faire fonctionner le déstockage au lieu d’un système comme un groupe électrogène dimensionné pour toute la puissance de pointe.
Même si, théoriquement, ces avantages pourraient être les mêmes avec un stockage par chaleur sensible, l’exemple du calcul du paragraphe 1.2 nous indique qu’il faudrait des volumes de liquides ou de solides beaucoup plus importants ou de trop grandes différences de température incompatibles avec le fonctionnement habituel des groupes frigorifiques.
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Avantages et inconvénients du stockage par chaleur latente
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Les Technologies Clés 2005. Ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie. - Édition de l’Industrie, Télédor 536 Paris.
-
(2) - LANE (G.A.) - Solar heat storage. - CRC Press Inc. Boca Raton, 238 p., Floride (1983)
-
(3) - CLAUSSE (D.), BABIN (L.), COMBES (B.) - Étude par AED du comportement au cours de cycles de refroidissement-réchauffement de microcristaux de
. - Congrès AFCAT-JCAT Nancy (1981).
-
(4) - MONDIEIG (D.), ESPEAU (Ph.), ROBLES (L.), HAGET (Y.), OONK (H.A.J.), CUEVAS-DIARTE (M.A.) - Mixed crystals of n-alkane pairs. A global view of the thermodynamic melting properties. - J. Chem. Soc. Faraday Trans., 93 (18), p. 3343-3346 (1997).
-
(5) - MONDIEIG (D.), MARBEUF (A.), ROBLES (L.), ESPEAU (Ph.), HAGET (Y.), CALVET-PALLAS (T.), CUEVAS-DIARTE (M.A.) - Thermoadjustable molecular alloys for energy storage and thermal protection. Fundamental aspects and...
1 Adresse internet de l’auteur
http://www.univ-pau.fr/RECHERCHE
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AFF Association Française du Froid (Commission Frigoporteurs http://www.aff.asso.fr
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Baltimore Air Coil Co. – Baltecare http://www.baltaircoil.com
Evapco Inc. (Evapo Europe, SRL, Milan) http://www.evapco.com
Axima Réfrigération SA (anciennement Quiri) https://www.equans.fr/nos-metiers/axima-refrigeration-france/refrigeration
Cristopia (Cristopia Energy System) http://www.cristopia.com
Paul Mueller Company http://www.muel.com
Sunwell Technologies Inc http://www.sunwell.com
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