Symposium suisse sur le stockage de l’énergie thermique à la haute école de Lucerne

Stockage de l’énergie thermique – recherches sur divers matériaux

Ce réservoir de stockage de chaleur a un diamètre de 2,5 mètres et 9 mètres de long. Le volume utile, de 40 m³ environ, est rempli avec 49 000 billes (env. Haï 10 cm, surface en polyoléfine), matériau à changement de phase (PCM) qui transfère la chaleur. (Photo: Cristopia Energy Systems)
Jörg Worlitschek, professeur à la HSLU, dirige le symposium de Lucerne.
Vue d’ensemble, qui résume les sources connues d’énergies renouvelables, les techniques de conversion et de stockage, ainsi que des applications. (Source: PSI)
Le Dual Energy Storage & Converter (DESC) (stockage à double énergie et convertisseur) convertit l’électricité en chaleur et vice versa et a besoin, d’une part, d’une pompe à chaleur, et d’autre part, elle doit être entraînée par le moteur thermique. (Exposé d’Anastasia Stamatiou)
Présentation lors du symposium du «stockage d’énergie thermique» des technologies abordées pour le stockage de l’énergie. (Exposé de Thomas Schmidt)
Une installation pilote de 5 MW (pour l’industrie alimentaire) pourrait être une «double conversion et machine de stockage»; elle utilise simultanément la chaleur de pasteurisation ainsi que l’énergie de refroidissement. (Exposé d’Anastasia Stamatiou)
Alan Hawkins /

Le «Swiss Symposium Thermal Energy Storage» à la haute école de Lucerne (HSLU) était ouvert à tous ceux qui sont intéressés par le stockage de l’énergie thermique ou voulaient avoir un aperçu des possibilités et autres avancées technologiques. Les aspects économiques et énergétiques de planification ont aussi été discutés.

Jörg Woelchite, professeur au Département ingénierie et architecture des HSLU, a accueilli près de 100 professionnels en leur expliquant le but de la conférence: «To strengthen the community», donc: «renforcer la communauté». Lors de cette réunion, presque tout a été dit en anglais, ce qui n’a certainement pas convenu à tous les participants, mais, avec traductions par le casque, c’était de toute façon compréhensible. Sous le terme «communauté», s’entend le «MIX», au sens large, des personnes représentant l’industrie, la recherche, le monde universitaire et la scène internationale de l’énergie. Le but du symposium est: considérez les applications de stockage d’énergie thermique sur un large plan, permettant l’échange d’idées et de nouvelles solutions.

Un problème central, des approches différentes

Suite à ces remarques préliminaires, le professeur Thomas Schmidt de l’Institut Paul Scherrer (PSI) Würenlingen prit la parole et a présenté un aperçu des thèmes du symposium. Le principal problème lors du stockage, c’est la synchronisation entre la disponibilité de l’énergie et sa consommation. Par conséquent, les systèmes de stockage reconnus sont extrêmement importants. Un autre facteur peut être les différences de prix qui se produisent sur le marché de l’électricité. Il peut être intéressant d’acheter de l’électricité pas chère et, par exemple, produire de l’hydrogène, qui en tant que gaz peut être intégré dans le réseau de gaz (le soi-disant «Power to Gas»). Ensuite, T.  Schmidt présente les activités du Centre suisse de compétence pour la recherche énergétique (CRSC) à l’ETH Zurich et le domaine du stockage de l’électricité et de la chaleur.

Aspects économiques

Tim Menel KEMA Consulting a examiné par la suite les aspects économiques du stockage de l’énergie. Son analyse montre clairement que le stockage complet de tous les surplus est économiquement rentable. Une capacité de stockage d’environ un tiers de l’utilisation maximale est raisonnable, cela devrait être fait sur une base décentralisée. T.  Menel a aussi présenté, en plus des accumulateurs, des options de stockage tels que le stockage de la chaleur pour les systèmes d’eau chaude sanitaire et de chauffage, ainsi que divers stockages de produits chimiques. Il est d’avis que les systèmes de stockage saisonnier de chaleur sont mieux appropriés que «Power to Gaz».

Matériaux avec changement de phase (PCM)

Frédéric Jay de Cristopia Energy Systems a conclu sa présentation avec un aperçu de la technique de stockage et les applications dans les domaines du chauffage, de la ventilation, de la climatisation (en anglais: HVAC) et de l’industrie. F. Jay a traité toute la question selon les perspectives techniques, environnementales et financières. La solution présentée par F.  Jay est fondée sur un système de chaleur latente. Avec des matériaux à changement de phase et beaucoup plus d’énergie thermique, le volume peut être stocké. Les soi-disant «nodules» sont utilisés. Ces boules d’environ 10 cm de diamètre contiennent un matériau eutectique (un matériau avec changement d’apparence physique de température). Elles remplissent les réservoirs de tout format et sont utilisées dans la climatisation et la réfrigération industrielle.

Systèmes de stockage du froid

Kazuhiro Hattori de la Société Mayekawa de Tokyo a ouvert le bloc de conférences ayant pour thème «stockage à froid – des solutions». Le sujet de la présentation était la production de «Slurry Ice» – un mélange de glace et d’eau à une température de 0 à –1 °C. Cette installation produit de l’eau froide à une température de 0 à +1 °C. Elle est destinée à une utilisation pour l’industrie alimentaire et de la climatisation. Plusieurs exemples d’applications ont été présentés et discutés.

Stockage de chaleur latente

Guillaume Bourtourault de Fafco SA à Bienne a également parlé du stockage d’énergie thermique dans un système eau/glace à changement de phase. De gros systèmes pour les bâtiments et l’industrie ont été présentés. Un avantage important d’un tel stockage de glace est la capacité de puissance des pics de charge pour éviter la production de froid. L’échange de chaleur dans les réservoirs est un développement ultérieur de panneaux solaires pour piscines que la société produit depuis un certain temps. Avec la possibilité de personnaliser les réservoirs de stockage par rapport à la place à disposition, ces «bancs de glace» peuvent être intégrés dans les bâtiments existants.

Le stockage à haute température

Après la pause de midi, la température s’est réchauffée: c’est le stockage d’énergie thermique pour les hautes températures qui a été présenté. Heimo Walter, professeur à l’Institut des systèmes énergétiques et des énergies thermodynamiques de l’Université technique (TU) de Vienne, a présenté l’orientation actuelle et future de la recherche propre à son institut. Cette dernière peut se trouver dans le secteur de la mécanique thermique et le stockage thermochimique. H.  Walter a présenté plusieurs projets, notamment un concept de stockage thermique qui fonctionne sur la base de sable en tant que transfert de chaleur et support de stockage. Un accumulateur de chaleur latente, associé à des échangeurs de chaleur optimisés a donné lieu à des explications et permit de discuter divers programmes de financement.

Stockage thermique et chimique

Marc Linder de l’organisme allemand pour astronautique et aéronaval (DLR) a présenté ses réflexions sur le stockage à haute température dans les applications d’ingénierie industrielle et énergétique. De cette manière, selon M.  Linder, l’efficacité et la flexibilité de divers procédés sont améliorées. En utilisant, par exemple, des PCM (matériau à changement de phase, stockage de chaleur latente), on optimise l’exploitation de centrales à combustibles fossiles. Ainsi, les périodes creuses peuvent être comblées. Divers matériaux de stockage ont été le centre de discussions et des exemples d’applications ont été présentés.

Pierres et PCM

Lukas Geissbühler de l’EPF de Zurich a ensuite présenté le travail de son équipe, qui a étudié la combinaison de stockage des hautes températures latentes et sensibles. Un stockage, combinaison de pierres et d’un matériau à changement de phase (PCM), a été décrit et ses fonctions discutées, ainsi que les résultats d’un dispositif expérimental. En particulier, les résultats étaient décrits mathématiquement et comparés avec le stockage purement sensible et le stockage d’un système combiné. Puis, renforcés avec café et gâteau, les participants ont continué avec le thème «systèmes intégrés et de stockage saisonnier.»

Optimiser les dimensionnements de stockage

Dans un contexte urbain, le dimensionnement correct de stockage joue un rôle important, en ce qui concerne les énergies. Jakob Rager de l’EPFL était à la base de deux projets, un à Verbier et l’autre à Crans Montana; la situation analysée a évalué le potentiel; il peut aussi être un système de stockage intégré pour un réseau de chauffage. Il est possible là d’utiliser la méthode dite de «Pinch»: la température et la puissance ainsi que les informations sur les besoins et la demande sont à la fois enregistrées et optimisées. Lors de la réalisation, d’autres facteurs locaux peuvent également être étudiés et pris en compte.

L’hydroxyde de sodium, comme médium de support saisonnier

Ce peut aussi être une solution très intéressante, avec de nombreuses possibilités saisonnières d’alimentation et de développement dans la conversion des énergies.
Le principe est fondé sur la transformation du courant en chaleur, ce qui peut être stocké, et inversement la conversion de la chaleur emmagasinée retransformée en électricité. Cela nécessite d’une part une pompe à chaleur et d’autre part un moteur/générateur de chaleur en service. Une usine pilote de cinq mégawatts a été décrite et comparée avec performances mesurées et valeurs calculées.
Le symposium s’est achevé par un «networking apéro», et à nouveau les discussions ont été menées en allemand, français et italien. Des bribes de conversation en anglais pouvaient être entendues par-ci par-là!