Batterie de Carnot intégrée thermiquement au réseau de chaleur de l’Université de Liège

Avec l’augmentation de l’utilisation des sources d’énergie renouvelables ces dernières années, il y a un besoin croissant de solutions de stockage d’énergie flexibles, rentables et efficaces pour atténuer l’écart entre l’offre et la demande d’énergie. En réponse à cette demande, la batterie de Carnot émerge comme une solution prometteuse en raison de sa longue durée de vie, de son analyse du cycle de vie favorable et de sa réduction de la dépendance aux terres rares par rapport aux batteries lithium-ion conventionnelles. Cependant, ses avantages sont contrebalancés par son efficacité relativement faible en termes de cycles de charge et de décharge. Cette technologie stocke l’énergie électrique sous forme de chaleur via une pompe à chaleur, cette chaleur est ensuite convertie à nouveau en électricité via une machine thermique. Grâce à l’intégration de flux de chaleur comme source de chaleur pour la pompe à chaleur, les batteries Carnot thermiquement intégrées sont capables de stocker de l’énergie avec un meilleur coefficient de performance, ce qui renforce l’attrait de la technologie et permet d’atteindre une efficacité de cycle plus élevée par rapport aux architectures de batterie Carnot traditionnelles. Cette étude se concentre sur la mise en place d’un banc d’essai visant à évaluer une batterie Carnot intégrée thermiquement au réseau de chaleur de l’Université de Liège. Le système repose sur l’utilisation d’une pompe à chaleur pour la charge et d’un cycle de Rankine organique pour la décharge. Une particularité de ce système est sa réversibilité, ce qui signifie que certains composants sont partagés entre le cycle de Rankine organique et la pompe à chaleur. Ces composants partagés comprennent les échangeurs de chaleur et les machines volumétriques. Le système offre trois modes opérationnels : charge thermique, décharge électrique et décharge thermique. Cette configuration permet à la fois le lissage des pics thermiques et électriques, ainsi que d’augmenter l’autoconsommation des sources d’énergie renouvelable, telles que les panneaux photovoltaïques. En mode de décharge électrique, la puissance nominale est de 6 kWel, tandis qu’en mode de charge thermique, elle est de 90 kWth. La consommation électrique maximale pendant la charge thermique est de 10,7 kWel. En mode de décharge thermique, la puissance de sortie atteint 400 kWth. Le système est composé de deux échangeurs de chaleur à plaques, de trois machines à spirale réversibles placées en parallèle, d’une pompe centrifuge, d’un accumulateur, d’une vanne de régulation pilotée et d’un stockage d’eau thermique stratifiée de 8 . Le stockage d’eau thermique stocke 100 kWhth pour une différence de température nominale (8 K) et 300 kWhth pour une différence de température maximale (20 K). Le système a été initialement dimensionné à l’aide d’un modèle de conception basé sur l’étude de cas.

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