Comparaison des différents types de stockage

D’un point de vue économique, l’évaluation nécessite de prendre en compte le coût d’investissement mais aussi les coûts d’exploitation, de maintenance et de recyclage d’un système de stockage. Le volume de ce dernier est souvent la variable prépondérante de cette évaluation car il induit des coûts en termes d’isolation et en raison de la quantité de matériaux mobilisés [CEA, 2012].

Dans [Hadorn, 2008], les différents types de stockage ont été comparés grâce au calcul des volumes de stockage nécessaires pour emmagasiner une énergie de 6,7 MJ. La figure 1.1 illustre cette comparaison [Pinel, 2011]. Les densités entrant en jeu dans le stockage par chaleur sensible sont faibles. Les volumes sont donc grands comme le montre la figure 1.1 [Aristov, 2011]. Ceci est un inconvénient pour l’application visée.

Figure 1.1.1: Volume requis pour le stockage de 6,7 MJ [Pinel, 2011]

Dans le stockage par chaleur latente, l’énergie emmagasinée dépend de la chaleur latente et de la masse du MCP. La forte densité de stockage d’énergie des MCP permet une réduction de leur poids et de leur volume offrant ainsi une compacité attractive [Hasnain,1998]. De plus, la température de décharge des MCP reste constante [Aristov, 2011].

Comparativement au stockage par chaleur sensible, la capacité de stockage de l’éner- gie thermique des MCP est plus grande donc nécessite moins de volume. Le stockage thermique par changement de phase est efficace pour des différences de températures faibles et si les périodes de charge et de décharge se succèdent à température constante.

Par contre, il présente un coût d’investissement plus élevé. Par ailleurs, la faible conduc- tivité thermique des matériaux implique des phases lentes de charge et de décharge, en

1.1 Types de stockage particulier pour les MCP organiques. Ils présentent également un risque de perte de stabilité de la solution [Kuznik, 2010].

La figure 1.1.2 présente la densité énergétique en fonction de la température pour les différents types de stockage existants. Ce graphe permet de corroborer nos propos précédents. En effet, les stockages par chaleur sensible et latente sont réversibles mais leurs densités de stockage sont inférieures à celles des stockages thermochimique et chimique.

Théoriquement, le stockage chimique est le plus performant en terme de densité éner- gétique de stockage. Cependant, il présente des inconvénients rédhibitoires pour une application aux bâtiments :

– les températures auxquelles se produisent les réactions sont trop élevées,

– les réactions sont peu réversibles, voire irréversibles car les liaisons formées entre les molécules sont covalentes,

– les matériaux utilisés sont généralement toxiques.

Figure 1.1.2: Densités d’énergie et gamme de températures pour chaque type de sto- ckage [Kuznik, 2009]

Le stockage thermochimique donne accès à de grandes densités d’énergie pour de petits volumes (figure 1.1.1). De plus, pour une application au bâtiment, le stockage

d’énergie est réalisé à basse température (<120°C) et la figure 1.1.2 montre que le sto- ckage thermochimique, bien que légèrement moins performant que le stockage chimique, se produit dans une gamme de températures appropriée. Enfin, de nombreux matériaux sont adaptés à ce type de stockage et facilement accessibles.

Notons pour terminer que lors de l’étude du besoin se pose également la question de la durée de stockage :

– de quelques heures à une journée pour la gestion des sources intermittentes produc- trices de chaleur en journée et restituée le soir,

– de plusieurs mois pour un stockage saisonnier du surplus de chaleur produit en été et restitué en hiver.

Le stockage saisonnier par chaleur sensible présente des pertes thermiques assez im- portantes du fait de la longue durée de stockage qui engendre un surcoût de l’énergie stockée. Le stockage thermochimique est alors plus particulièrement adapté au stockage saisonnier car il n’entraîne pas de perte avec le temps [CEA, 2012]. De plus, le système peut également stocker de l’énergie la journée et la restituer le soir et la nuit.

Finalement, cette étude nous permet de déduire que le stockage thermochimique aussi appelé stockage par sorption semble être la solution la plus adaptée au stockage d’éner- gie à basse température pour une application aux bâtiments. En effet, il présente les caractéristiques requises en termes de gamme de températures, de réversibilité et de sécurité.

Nous allons à présent définir le terme général de sorption. La sorption est un phé- nomène de capture ou de fixation d’une phase gazeuse ou liquide, appelé sorbat, par un matériau poreux solide ou liquide, le sorbant. Elle implique simultanément des mé- canismes thermophysiques et thermochimiques. Le terme général de sorption englobe l’absorption et l’adsorption. L’absorption est un phénomène de volume au cours duquel un liquide ou un gaz pénètre dans un solide ou un liquide. L’absorption d’un gaz par un liquide, la plus répandue pour le stockage de l’énergie, ne pose aucun problème tech- nique et sa densité de stockage est deux fois plus élevée que celle de l’eau ce qui explique l’utilisation de ce phénomène dans certains systèmes [NTsoukpoe, 2009], [Van Berkel, 2000]. L’adsorption correspond à la fixation des molécules d’une phase gazeuse ou li- quide, appelé adsorbat, à la surface d’un matériau poreux solide ou celle d’un liquide, l’adsorbant. Les interactions entre adsorbant et adsorbat sont de nature électrostatique, dues essentiellement aux forces de Van der Waals, donc elles sont faibles et réversibles [Marsteau, 2005]. La figure 1.1.3 illustre ce mécanisme. Bien que plus onéreux que le stockage par chaleur sensible de l’eau, ce procédé donne accès à une grande densité de stockage [Dincer, 2002], [Hasnain, 1998], [Van Berkel, 2000].

Nous avons donc choisi d’orienter nos travaux vers le stockage thermochimique par adsorption.