Une nouvelle conception en nid d'abeilles pour un meilleur stockage thermochimique de l'énergie
Le projet RESTRUCTURE s'est achevé en janvier 2016 après avoir effectué la validation du concept dans le cadre d'un système d'échelle semi-pilote d'une capacité d'environ 74 kWh, construit et utilisé à la tour solaire de Juliers en Allemagne. La capacité de stockage était relativement faible, mais c'était la première fois qu'un tel concept de stockage thermochimique de chaleur était validé dans des conditions pratiquement réalistes. La fabrication des nids d'abeilles à oxydoréduction «La nouveauté du réacteur [de RESTRUCTURE] se rapporte à l'usage d'une structure céramique monolithique comme base du nid d'abeilles, dans laquelle le matériau actif peut être intégré de plusieurs façons», explique le Dr George Karagiannakis, coordinateur du projet. «Cette structure est similaire à celle des 'briques' de céramique des pots d'échappements catalytiques de nos automobiles.» Concernant les matériaux utilisés, le Dr Karagiannakis a souligné qu'il s'agit de matériaux à base d'oxydes de métaux (comme du cobalt et du manganèse). Pour fabriquer ces structures à grande échelle, l'équipe du projet a réalisé des développements notables, et il lui a fallu surmonter plusieurs difficultés. Il a fallu notamment trouver un compromis entre la stabilité de la structure en fonctionnement et les performances d'oxydoréduction, et agrandir l'échelle des méthodes de production initialement conçues à l'échelle du laboratoire. Cependant, le consortium du projet avait anticipé la plupart de ces difficultés, et, dans certains cas, avait conçu et mis en réserve des options de secours. Ces structures monolithiques en nid d'abeilles peuvent apporter des avantages résultant de la conception plus simple du réacteur ainsi que de leur modularité inhérente. «Lorsque l'on vise des concepts de réacteur mobile, ou que l'on veut fixer des particules petites ou des poudres 'classiques', il faut tenir compte de difficultés importantes comme les mesures spéciales pour éviter l'accumulation de la chaleur pendant le fonctionnement ou la recirculation du matériau, et des mesures supplémentaires de sécurité associées au confinement efficace des particules dans le système», a expliqué le Dr Karagiannakis. «Cela peut augmenter considérablement la complexité du système et en réduire le rendement global. Cependant, aucune de ces difficultés n'est particulièrement importante avec le concept de réacteur en nid d'abeilles.» La configuration du réacteur et de l'échangeur de chaleur Durant le projet, les chercheurs ont conduit des tests approfondis, initialement à l'échelle du laboratoire, pour trouver et valider les formulations appropriées. Le système semi-pilote réalisé était un ensemble de structures en nid d'abeilles, reproduisant à plus grande échelle les résultats des tests à petite échelle. Les réactions d'oxydoréduction étudiées par le projet RESTRUCTURE requièrent une température d'environ 1 000 degrés pour fonctionner, ce qui est actuellement hors de portée des centrales solaires commerciales à concentration. Le système présentait une capacité de stockage d'environ 25 kW, alimentée par une dérivation du fluide de travail (de l'air chaud) produit par le récepteur solaire sur le site de test de Juliers. Durant le chargement, comme la température maximale de l'air chaud produit par le récepteur solaire n'était que d'environ 700 degrés, il a fallu utiliser un brûleur afin d'atteindre les 1 000 degrés requis par la réaction. Pour la décharge, de l'air plus froid traversait le montage monolithique chargé et était réchauffé par la chaleur produite, avant d'atteindre la sortie du réacteur et l'échangeur de chaleur. Une partie de l'énergie contenue dans l'air reste stockée dans la structure en nid d'abeilles, aussi l'air ressort à une température moins élevée, mais néanmoins suffisante pour générer de l'électricité. En l'absence de soleil, l'air est considérablement moins chaud, mais son passage dans le système de stockage déclenche une réaction de libération de chaleur, ce qui le réchauffe, et il peut alors servir à générer de l'électricité. L'après-RESTRUCTURE et les étapes suivantes Le Dr Karagiannakis a souligné que l'approche de RESTRUCTURE représente une «nouvelle génération», et que sa commercialisation future dépend très largement de la réussite du développement industriel d'une nouvelle génération de centrales solaires à concentration plus efficaces et à plus haute température. Cette étape est en cours, mais sort du cadre formel du projet. «Nous nous efforçons de trouver des moyens pour poursuivre nos travaux et développer davantage le système», confirme le Dr Karagiannakis. «Plus particulièrement, l'agrandissement d'échelle et les stratégies d'optimisation sont au cœur des prochaines étapes que nous visons.» Le projet a contribué à faire un premier pas important vers la preuve d'efficacité d'un nouveau concept de stockage thermochimique de la chaleur, via la conception et la validation de son nouveau système de réacteur et d'échangeur de chaleur en nid d'abeilles. Les chercheurs espèrent qu'un projet de suivi pourra être lancé pour continuer dans la foulée des résultats de RESTRUCTURE, et progresser vers la phase de pré-commercialisation. Pour plus d'informations, veuillez consulter: site web du projet RESTRUCTURE
Pays
Grèce
