Super-refroidissement pour les processus industriels utilisant la chaleur solaire
Les systèmes d’énergie solaire concentrée (CSP) concentrent littéralement la lumière du soleil sur un récepteur où l’énergie collectée du soleil est convertie en chaleur. Parmi toutes les technologies CSP, HyCool développe son concept sur la base du système Fresnel linéaire, bon marché et facile à installer. Ce concept consiste en un grand nombre de miroirs simples disposés en rangées parallèles, qui imitent une grande lentille de Fresnel afin de maximiser la collecte de l’énergie.
Un hybride: la pompe avec synergie
La mission principale du projet HyCool, financé par l’UE, est d’accroître l’utilisation de la chaleur solaire dans les processus industriels. «Nous avons développé un nouveau système de capteurs solaires thermiques Fresnel CSP (FCSP) avec des pompes à chaleur (PAC) hybrides spécialement adaptées», explique Silvia Jané, coordinatrice du projet HyCool. La combinaison “deux-en-un” de pompes à chaleur à adsorption et à compresseur offre une plus grande plage de température de sortie, ce qui permet d’obtenir à la fois un chauffage et un refroidissement industriels alimentés par le soleil», explique Silvia Jané. En augmentant la flexibilité de la configuration du système, l’objectif est d’étendre la gamme d’application de la chaleur solaire dans les processus industriels avec des températures allant de 5 °C à 240 °C. «En intégrant un large éventail de configurations de conception et de fonctionnement, nous avons augmenté le nombre de scénarios d’utilisation de la chaleur solaire dans les environnements industriels», souligne Silvia Jané. Le système proposé améliore les technologies d’adsorption pour la production de froid, couplé à une plus grande compacité et à des caractéristiques plug and play. Il permet également une intégration homogène avec d’autres sources conventionnelles telles que l’énergie électrique, ce qui se traduit par une plus grande capacité de déploiement de la chaleur solaire dans les processus industriels (SHIP). En outre, lorsque les PAC hybrides développées dans le cadre du projet HyCool sont alimentées par la chaleur solaire ou la chaleur résiduelle et intégrées dans de véritables processus thermiques industriels, elles peuvent atteindre un coefficient de performance deux fois supérieur à celui des pompes à chaleur conventionnelles et améliorer encore l’efficacité globale du processus. L’optimisation des composants et la conception finale de la PAC hybride solaire modulaire pleine échelle, ainsi que sa fabrication et sa mise en service, ont été achevées. Un protocole de caractérisation des propriétés des différents matériaux adsorbants, telles que la diffusivité thermique, la capacité thermique, le comportement d’adsorption, les propriétés de transport de vapeur et la chaleur d’adsorption à différentes températures et pressions, a également été mis au point et conduira à une vaste campagne d’essais de matériaux en vue de sélectionner le meilleur candidat pour des applications concrètes.
Vainqueurs énergétiques dans les secteurs industriels et alimentaires
«Le plus grand défi du projet HyCool était d’obtenir une configuration valable pour les deux pilotes, basée sur la première conception de la pompe à chaleur modulaire et sur le schéma hydraulique ainsi que les spécifications de chaque site de démonstration», commente Silvia Jané. Cette étape clé est maintenant franchie, et le travail sur le terrain a permis d’accéder à des profils énergétiques complets. Sur le site de production espagnol de Givaudan, une société d’arômes et de parfums partenaire du consortium, le concept HyCool a été appliqué à plusieurs procédés présentant des besoins de chauffage ou de refroidissement. L’installation froide actuelle de Givaudan utilise un refroidisseur d’eau glycolique pour maintenir l’eau entrant dans l’anneau liquide des pompes à vide à 7 °C, avec une demande thermique de 125,5 kW. « Pour les cas d’utilisation considérés, la consommation électrique du refroidisseur à compression sera réduite de 29 % (au printemps) et de 44 % (en été), respectivement, grâce à l’utilisation de la technologie HyCool», déclare Silvia Jané. Ce gain de rendement est encore plus important si on le compare aux systèmes de réfrigération courants. Un autre prototype applique le concept HyCool aux petites industries alimentaires spécialisées dont les processus nécessitent un refroidissement et sera testé à Bo de Debò SL en Espagne. Ici, l’installation de froid industriel sert à préparer des plats frais précuits et est utilisée dans différentes configurations: la zone de production des aliments requiert une température de 6 à 8 °C, tandis que la zone de livraison doit être maintenue entre 10 et 12 °C. HyCool est en passe de faire une grande différence dans l’utilisation de la chaleur solaire pour l’industrie européenne, tout comme le projet SHIP2FAIR financé par l’UE, que l’on peut qualifier de projet «jumeau» de HyCool, et qui doit se terminer en mars 2022. Leurs développements se concentrent en particulier sur les besoins en chauffage de l’industrie alimentaire et agroalimentaire et sont en cours de démonstration et de validation au sein d’une variété de processus, notamment la distillation de spiritueux (Martini & Rossi), la transformation de la viande (Larnaudie), l’ébullition du sucre (groupe RAR) et la fermentation et la stabilisation du vin (RODA). L’objectif est de fournir 40 % de la demande en chaleur par le biais de l’énergie solaire.
Mots‑clés
HyCool, chaleur solaire, procédés industriels, refroidissement, CSP, chauffage, énergie solaire concentrée, pompe à chaleur hybride