Etude du stockage thermique

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Etude de réservoir thermique

Le Stockage thermique par ballon tampon

Un ballon de stockage tampon est une technologie largement éprouvée pour stocker l’énergie calorifique excessive (chaude ou froide) pendant des heures creuses. Ce type de réservoir thermique peut être couplé à des systèmes de refroidissement (pompe à chaleur) permettant d’utiliser cette énergie stockée aux heures de charge de pointe, minimisant ainsi les coûts de consommation et permettant de lisser les pic d’appels de puissances.

Fonctionnement

Le stockage thermique à eau

Dans le cas d’un système de stockage d’eau réfrigérée, le système stocke l’énergie thermique sous forme d’eau froide. Cela nécessite un dispositif de stockage d’énergie thermique connu sous le nom de réservoir tampon.

Le réservoir de stockage stratifié fonctionne en stockant de l’eau froide et de l’eau chaude (de retour) dans un seul réservoir. Pendant le chargement, l’eau réfrigérée est pompée vers la partie inférieure du réservoir par les réseaux connecté au ballon, tandis qu’une quantité égale d’eau chaude est extraite de la section supérieure. Pendant le déchargement, l’eau réfrigérée est extraite par le bas, tandis qu’une quantité égale d’eau chaude est remplie par le haut. Lors des opérations de charge et de décharge, il se produit un phénomène naturel appelé stratification thermique, c’est-à-dire que l’eau chaude (faible densité) reste en haut tandis que l’eau froide (forte densité) se dépose au fond du réservoir.

Evolution dans le temps du stockage thermique

Cuve de ballon de stockage thermique - CFD
Simulation CFD de la répartition des températures au cours du temps

Comment optimiser un ballon de stockage thermique ?

Optimiser la hauteur de thermocline

En conséquence de la stratification thermique, une région de transition (gradient de température) appelée thermocline est formée entre les régions chaude et froide ayant une température comprise entre l’alimentation en eau glacée et le retour d’eau glacée. Cette zone tiède à peu de valeur énergétique. La Thermocline se déplacera progressivement de bas en haut pendant la charge et de haut en bas pendant la décharge. L’épaisseur de la thermocline représente l’inefficacité du réservoir tampon. Plus le réservoir tampon est efficace, moins la thermocline sera épaisse.

Les performances du réservoir tampon dépendent uniquement de la stratification thermique qui est influencée par ces facteurs :

  • Perte de température dans l’environnement due à la conduction. (Isolation incorrecte)
  • Conception de réservoir. (Hauteur et diamètre souhaités – ce qui permet une meilleure stratification)
  • Conception d’entrée et de sortie du diffuseur. (Ce qui permet un écoulement laminaire pour empêcher le mélange des régions fluides favorisant ainsi la stratification)
  • Mise en place de compartimentation physique, et sélection de diffuseur spécifique pour favoriser l’écoulement laminaire.

Optimisation par la simulation CFD

A l’aide d’une simulation numérique de dynamique des fluides (CFD), EOLIOS vous accompagne dans la conception de vos ballon de stockage.

  • La distribution de température du réservoir peut être cartographiée.
  • La prédiction de l’épaisseur de la thermocline, qui peut être optimisée avec des simulations de test.
  • Conception, analyse et optimisation des ballons
  • Visualisation de la physique de l’écoulement des fluides dans tout le réservoir tampon
  • Conception et optimisation du nombre de compartimentage,
  • La température, la vitesse et la pression à n’importe quel point du réservoir peuvent être prédites à tout moment du processus.
  • D’autres observations et conclusions peuvent être tirées de toute condition de conception donnée.
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