Séminaire de clôture du projet SOTHERCO | Arlon (ULg) - 20 septembre 2017

BE-SOL
Réunion Arlon/ULg 2017 09 20
1
Ordre du jour des présentations
10h00 à 10h10 : présentation du projet : Objectifs/Tâches principales/Acteurs
10h10-10h40 : les matériaux de stockage (MF)
Choix de la technologie d’adsorption : motivations et avantages
Choix des conditions de fonctionnement
Choix des matériaux
Résultats
10h40-11h10 : le processus d’utilisation des matériaux
Design des réacteurs
Intégration dans système Ouvert/Fermé
Présentation de différents types de réacteurs
Système de transfert entre stock MP et réacteurs
Résultats des essais
11h10-11h30
Intégration dans système
Résultats de simulation de systèmes
11h30-11h 40
Aspect technico-économiques et perspectives au-delà de Sotherco
11h40-12h00
Questions/réponses
12h00-12h30
Visite labo expérimental Sotherco

BE-SOL
2
Objectifs du projet Sotherco : projet européen FP7: www.sotherco.eu
Concevoir, construire et réaliser les tests de stockage thermique inter saisonnier pour le
chauffage de bâtiments
1. Choisir les types de réactions thermochimiques
2. Etudier et choisir les matériaux de stockage
3. Etudier et établir les caractéristiques des matériaux
4. Concevoir et tester par itération successives les types réacteurs mettant en œuvre les
matériaux et processus de réaction
5. Etudier les systèmes complets , réacteurs/échangeurs/circuits
aérauliques/régulateur/… à intégrer dans les systèmes de chauffage
6. Modéliser ces systèmes
7. Tester le systèmes en environnement de laboratoire par émulation des conditions
d’utilisation.
8. Réaliser une analyse technico-économique des résultats du projet pour tracer une
road-map afin d’amener les résultats au stade actuel TRL5-6 au niveaux de TRL 8-9

BE-SOL
Be-Sol (Bureaux d'Études Solaires)
Rue de la griotte, 2A
5580 Rochefort
BELGIUM
Phone : +32 84 38 88 63
Homepage : www.be-sol.eu
CEA/INES (Institut National de l'Énergie
Solaire)
50 avenue du lac Léman - Technopôle Savoie
Techno lac
73375 Le Bourget du Lac Cedex
FRANCE
Phone : +33 4 79 79 20 00
Homepage : www.ines-solaire.org
Université de Mons - ENERGY Institute
20, place du Parc
B7000 Mons
BELGIUM
Phone : +32 65 37 31 11
Homepage :
www.umons.ac.be/energie
ULB (Université Libre de Bruxelles) - 4MAT
4MAT (CP 165/63)
Avenue F.D. Roosevelt, 50
1050 Bruxelles
BELGIUM
Phone : +32 2 650 29 52
Homepage : 4mat.ulb.ac.be
AIT (Austrian Institute of Technology)
Donau-City-Straße 1
1220 Vienna
AUSTRIA
Phone : +43 50550 0
Homepage : www.ait.ac.at
ULg (Université de Liège) - BEMS
Avenue de Longwy, 185
6700 ARLON
BELGIUM
Phone : +32 63 230 853
Homepage : www.bems.ulg.ac.be
UVSQ (Université de Versailles Saint-
Quentin-en-Yvelines)
55 avenue de Paris
78035 Versailles
FRANCE
Phone : +33 1 39 25 78 00
Homepage : www.uvsq.fr
CLIPSOL (Groupe GDF SUEZ/Engie)
PAE Les Combaruches
73100 Aix-les-Bains
FRANCE
Phone : +33 4 79 34 35 36
Homepage : www.clipsol.com
3
Les partenaires du projet SOTHERCO

2
Principes théoriques
Effet thermique réalisé par une réaction physique ou chimique réversible :
AB A+B
A+B AB
• A et AB sont des solides
• B = vapeur d’eau
Réaction caractérisée par :
• Chaleur de réaction Q :
kJ/kg d’eau
• Masse volumique du
solide : r
Densité énergétique =
Q*masse d’eau transférée
par kg de solide*r :
• Masse volumique
• Q
• Masse d’eau transférée

3
Réactions chimiques
SrBr2.1H2O+5H2O SrBr2.6H2O
• Masse d’eau transférée = stœchiométrie
• Chaleur de réaction élevée
• Possibilité d’obtenir des densités énergétiques élevées (qq centaines kWh/m3)
• Peu stables
RéactionLn P
-1/TTseuil
SrBr2.1H2O+5H2O
SrBr2.6H2O

4
Réactions physiques
Matériau poreux + H2O Matériau poreux chargé en eau
• Masse d’eau transférée souvent faible
• Chaleur de réaction faible
• Densités énergétiques faibles ( 1 centaine kWh/m3)
• Stables
m= masse d’eau par unité
de masse de matériau
m1>m2>m3
désorption
RéactionLn P
-1/T
Matériau poreux
chargé en eau
Matériau poreux+H2O
m1 m2 m3

Objectifs du projet SOTHERCO
Développement de matériaux composites (utilisation rapide)
• Sel hygroscopique intégré dans une matrice poreuse (stabilisation)
• Haut taux de sel >< Stabilité
• Synthèse, caractérisation structurale, caractérisation énergétique
• Sels: SrBr2, MgCl2, CaCl2, MgSO4,SrCl2
• Matrice poreuse : Gel de silice (essentiellement)
Développement de matériaux composites et de matériaux poreux innovants (candidats
futurs)
• MOFs: Metal Organic Framework comme matériaux poreux ou comme matrice
poreuse (CaCl2, SrBr2)
Densité énergétique cible : > 150 kWh/m3
5

6
Résultats
Matériaux
BET SEM-EDX XRF IR TGA XRD
Thermo-
XRD
Bulk
densit
y
Grain
size
distrib
ution
cp
Efficien
cy test
water
sorpti
on
isothe
rms
stabilit
y
under
cycles
Test
on
mM
large
scale
produc
tion
silica gel/CaCl2 40% (SG100, SG62,
SGSanpont)
x x x x x x x x x x x x x x x
silica gel/CaCl2 26% (SG100) x x x x x x x
SG100 /MgCl2 38.48% x x
SG100 /MgCl2 33.18% x x
SG100/MgCl2.2H2O 39.38% x x
activated carbon/CaCl2 32% x x x x x
silica gel SG62/MgSO4 33% x x
silica gel SG62/MgSO4 51.6% x x
silica gel SG62/MgCl2.2H2O 44.47% x x x x x x x x x x x x x x
silica gel SG62/SrBr2 58% x x x x x x x x x x x x x x
silica gel SG100/SrCl2 42.72% x x
silica gel SG100/SrBr2 48% x x x x x x x
• Composites pour application rapide :

7
Résultats
• Gel de silice-CaCl2 (40%)
0,36 geau/gsolide
Densité énergétique de l’ordre de
200 kWh/m3
30°C-80°C
1250 Pa

8
Résultats
• Gel de silice-SrBr2 (58%)
0,22 geau/gsolide
200 kWh/m3
30°C-80°C
1250 Pa

9
Résultats
• Composites et matériaux poreux innovants :
Matériaux
BET
SEM-
EDX
XRF IR TGA XRD
Thermo-
XRD
Bulk density
Grain size
distribution
cp
Efficiency
test
water
sorption
isotherms
stability
under cycles
Test on mM
large scale
production
MIL127(Fe) x x x x x 30°C et 80°C
MIL100(Fe) x x x x x 30°C et 80°C
MIL100/CaCl2 38% x x x x x 30°C et 80°C
MIL100/CaCl2 49% x x x x x 30°C et 80°C x
NH2-MIL125(Ti) x x x x x
NH2-UiO66(Zr) x x x x x
NH2-MIL125/CaCl2 x x x x
NH2-UiO66/CaCl2 x x x x
MIL160(Al) x x x x x
MIL101(Cr) x x x
MIL160/CaCl2 34% x x
MIL101/CaCl2 62% x x x x x x x x
MIL101/SrBr2 60% x x x x x x x x

10
Résultats
• MIL160
0,33 geau/gsolide
141 kWh/m3
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
m(water)perm(dryadsorbent)/g.g-1
p/ Pa
adsorption desorption30 C
40 C 50 C
60 C
70 C
80 C
30°C-80°C
1250 Pa

11
• 2 composites pour utilisation à court terme :
– Densité énergétique dans les conditions de référence : 200 kWh/m3 (matériaux
en tas).
– Stable dans le temps.
– Méthode de synthèse et/ou composite innovant
– Performances (densité énergétique) supérieures à ce qui est rapporté dans la
littérature
– Prix
• Famille de composites à base de MOF
– Composites et méthodes de synthèse innovantes (premiers travaux sur le sujet)
– Certains sont prometteurs
– Problème de la production à grande échelle, coût
• MIL160
– Première étude sur l’utilisation de ce MOF pour le stockage de chaleur
– Nouvelle méthode de synthèse
– Meilleure densité énergétique jamais reportée pour un adsorbant physique
– Problème de la production à grande échelle, coût
Résultats

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• Densités énergétiques calculées dans des conditions de référence (30°C-80°C –
p=1250 Pa)
• Quelles sont les conditions réelles d’utilisation, impact sur la densité énergétique ?
– Mise à disposition des isothermes dans un vastes domaine de conditions de T, p
– Conditions de fonctionnement dépendent de l’intégration du réacteur dans le système complet
• Cinétique de réaction – densité énergétique – Puissance thermique
– La sélection se fait sur base de la densité énergétique dans des conditions d’équilibre; en
réalité, le réacteur ne permet pas d’atteindre les conditions d’équilibre (perte de densité
énergétique)
– La cinétique conditionne la puissance thermique
– Plus la réaction approche de l’équilibre, plus elle est lente (compromis entre la puissance
thermique et la densité énergétique ou entre la taille du réacteur et la taille du stockage de
solide
• Caractéristiques du réacteur et de la configuration du système (mode chauffage)
– Vitesse d’air élevée (cinétique élevée, puissance thermique élevée)
– Humidité de l’air importante (cinétique initiale élevée, puissance thermique élevée, densité
énergétique élevée)
– Temps de contact élevé - taille importante du réacteur (densité énergétique élevée)
– Circulation de solide (puissance thermique constante)
– Faibles pertes de charges
• Tests en prototype de labo :
– Quelques centaines de W par kg de solide
Mise en oeuvre des matériaux

13
• Demande en chaleur d’un bâtiment de 3000
kWh avec une puissance de 2 kW au
maximum:
– 15 m3 de matériaux en stockage (facteur 5 /
stockage dans l’eau, facteur 10 / stockage dans le
sol)
– 7 kg de solide dans le réacteur
Applications

14
• Courbon E., D’Ans P., Permyakova A., Skrylnyk O., Steunou N., Degrez M., Frère M., "Further
improvement of the synthesis of silica gel and CaCl2 composites: Enhancement of energy
storage density and stability over cycles for solar heat storage coupled with space heating
applications " in Solar Energy 157, 2017, 532-541, 10,1016/j.solener.2017,08,034
• Permyakova A., Wang Sujin, Courbon Emilie, Nouar Farid, Heymans Nicolas, D'Ans Pierre,
Barrier Nicolas, Billemont Pierre, De Weireld Guy, Steunou Nathalie, Frère Marc, Serre Christian,
"Design of salt–metal organic framework composites for seasonal heat storage applications"
in Journal of Materials Chemistry A, 10.1002/cssc.201700164 (2017)
• Permyakova A., Skrylnyk Oleksandr, Courbon Emilie, Affram M., Wang Sujin, Lee U.-H., Valekar
A.H., Nouar Farid, Mouchaham G., Devic Thomas, De Weireld Guy, Chang J.-S., Steunou
Nathalie, Frère Marc, Serre Christian, "Synthesis optimization, shaping and heat reallocation
evaluation of the hydrophilic Metal Organic Framework MIL- 160(Al" in ChemSusChem, 10, 7,
1419–1426, 10.1002/cssc.201700164 (2017)
• Courbon Emilie, D'Ans Pierre, Permyakova A., Skrylnyk Oleksandr, Steunou Nathalie, Degrez
Marc, Frère Marc, "A new composite sorbent based on SrBr2 and silica gel for solar energy
storage application with high energy storage and stability" in Applied Energy, 190, 1184, 1194
(2017)
• D'Ans Pierre, Hohenauer Wolfgang, Courbon Emilie, Frère Marc, Degrez Marc, Descy Gilbert,
"Monitoring of thermal properties of a composite material used in thermochemical heat
storage" in "Eurotherm Seminar 99 : Advances in Thermal Energy Storage" , Lleida, Spain (2014)
Publications

BE-SOL
Systèmes et réacteurs
Réunion de clôture - Arlon ULg -
2017/09/20
1

BE-SOL
1. Intégration dans système
Sous vide/atmosphérique
Ouvert/fermé
2. Différents types de réacteurs
3. Système de transfert entre stock matière première et réacteurs
Design des réacteurs thermochimiques
2017/09/20
2

BE-SOL
Le concept des réacteurs thermochimiques par sorption met en œuvre les phénomènes de
transport de matières et d’énergie.
Enceintes sous vide
Les réactions de sorption peuvent être réalisés dans des enceintes sous vide.
Avantage Inconvénients
• Transfert de matière (vapeur d’eau par
ex.) est très favorisé
• Complexité de fabrication
• Difficultés de maintien des conditions de
vide
• Réduction des modes de transfert de
chaleur: pas de convection, conduction
réduite et rayonnement
2017/09/20
3

BE-SOL
Le concept des réacteurs thermochimiques par sorption met en œuvre les phénomènes de
transport de matières et d’énergie.
Réacteurs sous pression atmosphérique
Avantages Inconvénients
• Construction et maintenance plus simple
• Choix entre système ouvert ou système
fermé
• Transfert thermique important par
convection forcée
• Consommation d’énergie auxiliaire plus
faible
• Transfert de masse de molécules d’eau
sous forme de vapeur réduit par la
présence de gaz atmosphérique
• Conditions de transfert de chaleur
tributaires des écoulements d’air dans le
milieu poreux
• Effet de corrosion
2017/09/20
4

BE-SOL
Réacteurs sous pression atmosphérique
Système sous pression atmosphérique → Permet 2 configurations possibles:
Le modèle de réacteur sous pression atmosphérique a donc été choisi pour développer les
prototypes de réacteurs à intégrer dans le système.
Système ouvert Système fermé
2017/09/20
5

BE-SOL
Représentation du milieu réactif sous pression atmosphérique
Les molécules de vapeur d’eau présentes dans l’air vont
s’adsorber sur la surface des matériaux en libérant de
l’énergie.
Il faut donc apporter, par un flux d’air, des molécules d’eau
en permanence pour maintenir l’adsorption et l’énergie
dégagée.
Cette énergie dégage de la chaleur qui va être transférée
au flux l’air qui entoure les grains de matières.
En adsorption le flux d’air qui traverse le milieu
poreux d’une part perd de son humidité et d’autre
par gagne en température.
2017/09/20
6

BE-SOL
Considérations sur le transfert d’énergie entre les grains du matériau et l’air
Conduction du grain dans lequel se situe la réaction d’adsorption:
• Taille du grain moyen : 250 µm
• La conduction thermique est de l’ordre de 1 W/m*K
Comme la distance de transfert est très petite la faible conduction n’offre pas de résistance
au transfert d’énergie vers la surface du grain.
En tenant compte de la compacité on estime que la surface d’échange est de l’ordre de
grandeur de 16.000 m²/m³ de matériau. Ainsi un lit de 1m² et de 10mm d’épaisseur a une
surface interne d’échange de 160 m².
En prenant un coefficient d’échange thermique de 15W/m²*K on a donc sur le lit de 1m² un
échange de 2,400 W/K ce qui est excellent.
2017/09/20
7

BE-SOL
Réacteur à lit statique ou à lit mobile?
Le matériau qui adsorbe de la vapeur d’eau s’enrichit en masse jusqu’à la limite de
déliquescence et dès ce moment la production d’ énergie est réduite fortement.
Se pose le problème de remplacer le matériau dans le réacteur.
On peut considérer que le matériau reste fixe et dès lors tout le stock de ce matériau est en
même temps un réacteur. C’est la conception du réacteur/stockage intégré.
Lorsqu’on a besoin d’une grande masse de matériau il est économiquement impossible de
construire suivant ce principe.
Réacteur séparé du stockage de matériau et nécessite de réaliser le transfert
entre les deux équipements
2017/09/20
8

BE-SOL
2. Réacteur à lit mobile (réacteur dont le matériau est mobile)
Facteur influençant le rendement du réacteur :
Pertes de charge de l’air à travers le lit
2 types de réacteurs:
• Lit agité: choix qui réduit fortement la perte de charge
• Lit confiné vertical: perte de charge fonction de la granulométrie/épaisseur/vitesse
d’air
Premier choix: lit agité
Deux types de réacteurs:
• Lit horizontal
• Lit circulaire
1
2017/09/20
9

BE-SOL
2. Réacteur à lit mobile horizontal
1
2017/09/20
10

BE-SOL
2. Réacteur à lit mobile circulaire
1
2017/09/20
11

BE-SOL
1
Intégration des échangeurs et de la circulation du composite
2017/09/20
12

BE-SOL
1
Tests au CEA/INES (Le Bourget-du-Lac, France)
2017/09/20
13

BE-SOL
Analyse des réacteurs
Puissance (output)
Variable
Impossible d’ajuster une puissance constante
Transfert de solide poreux
Temps trop long de transfert, principalement évacuation
Fragilité vannes
Résidus restent sur le tamis du réacteur
Fluidisation par vibrations
Besoin faible en énergie(41W)
Fiabilité mécanique
Pertes de charge très faibles < 70 Pa
Bruit trop important (> 65 dB)
1
2017/09/20
14

BE-SOL
Deuxième choix: réacteur à lit confiné vertical (écoulement gravitaire contrôlé)
Objectif: puissance constante
Écoulement du composite par couche intermittente (6 couches)
• Avantages : simplicité de fonctionnement/gestion flux de solide
• Difficulté : gestion du débit du solide
2017/09/20
15

BE-SOL
2. Réacteur à lit confiné vertical
Réacteur monté sur banc de test chez Be-Sol
2
2017/09/20
16

BE-SOL
Réacteur monté sur banc de test au CEA/INES
2
2017/09/20
17

BE-SOL
Caractéristiques du réacteur monté chez Be-Sol et résultats des tests
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700
Pair(W)
Time(s)
P air(W)
Taux de cyclage/masse initiale
66 Moy. mobile sur pér. (P air(W))
2
2017/09/20
18
Surface de passage air 0,3120m2
Epaisseur lit vertical 0,008m
Volume lit vertical 0,0025M3
Humidité initiale composite 13%%
Masse intiale dans lit réacteur 1,98Masse initiale dans le lit

BE-SOL
2
2017/09/20
19
500
525
550
575
600
625
650
840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680
Pair(W)
Time(s)
P air(W) durant phase régime (840 to 1680 s / 14 minutes)
P air(W)
24 Moy. mobile sur pér. (P air(W))

BE-SOL
2
2017/09/20
20
20,00
21,00
22,00
23,00
24,00
25,00
26,00
27,00
28,00
29,00
30,00
31,00
32,00
33,00
34,00
35,00
36,00
37,00
38,00
39,00
40,00
41,00
42,00
43,00
44,00
45,00
46,00
47,00
48,00
0 900 1800 2700 3600 4500 5400 6300 7200 8100 9000 9900 10800 11700
Pair(W)
Time(s)
T sortie (moyen)
T Entrée (moyen)
T Entrée réacteur
21 Moy. mobile sur pér. (T sortie (moyen))

BE-SOL
3. Système de transfert de composite
Transfert nécessaire du composite sous forme de poudre entre réacteur et stockage
Caractéristiques à respecter:
• Automatique
• Éviter que le composite ne soit à l’air libre
• Faible consommation énergétique
• Pas trop lent
• Ne pas dégrader le composite
• Ne pas mélanger le composite anhydre et hydraté
• Ne pas être sujet à la corrosion par le composite
• Aussi compact que possible
• Coût raisonnable
2017/09/20
21

BE-SOL
3. Convoyeur à vis d’Archimède
1er système testé: vis sans fin à faible frottement
2017/09/20
22
1

BE-SOL
3. Convoyeur à vis d’Archimède
Problèmes:
2017/09/20
23
1
Corrosion Colmatage
Dégradation du composite:
Granulométrie moyenne du composite: 70µm
Maillage tamis: trous de 50µm
• Taux de passage avant utilisation du système à vis: 0,4%
• Taux de passage après 10h dans vis en mouvement: 48%

BE-SOL
3. Convoyeur XYZ
Robot avec 3 degrés de liberté de translation
2017/09/20
24
2
• Encombrant
• Moteurs trop puissants et chers
• Nécessite de la précision mécanique
• Coûts très élevés

BE-SOL
3. Transfert par dépression
1ère étape: état de l’art des systèmes de transfert de poudre sur le marché.
2 problèmes:
• Systèmes fabriqués uniquement avec de l’inox 304L ou 316L (qui sont corrodés
par le composite)
• Extrêmement cher (système de test pour 12.000€ et système complet entre
50.000 et 70.000€)
2ème étape: un système a été développé et testé dans le laboratoire de Be-Sol
2017/09/20
25
3

BE-SOL
3. Transfert par dépression
Système développé par Be-Sol
2017/09/20
26
3
• Transfert de composite par paquets et à vitesse
lente (1m/s)
• Distance de transfert testée: 12m de long et 3m de
haut. Possibilité d’atteindre les 50m de long et 20m
de haut.
• Transfert rapide
• Consommation énergétique < 3% du contenu
énergétique du composite
• Résultats après + de 70 cycles: aucune dégradation
du composite

BE-SOL
3. Système de transfert de composite
Tableau récapitulatif
2017/09/20
27
Vis d’Archimède Convoyeur XYZ
Transfert par
dépression
Composite pas à l’air
libre
√ √ √
Consommation
énergétique
× (250W x4)
× (Moteurs trop
puissants)
√
Durée √ (5min)
√ (une dizaines de
minutes)
√
Pas de dégradation du
composite
× √ √
Pas de mélange
anhydre/hydraté
× √ √
Pas sujet à la corrosion × √ √
Compacité √ × √
Coût × (+ de 10 000€)
× (12 816.01€
seulement pour les
moteurs)
√

INTÉGRATION SYSTÈME ET SIMULATION
Séminaire de clôture du projet SoTherCo
ULiège – Arlon Campus Environnement
grant agreement n°295775
Samuel Hennaut - Elisabeth Davin
Romain Baiwir - Philippe André

Bâtiment
Emetteur de
chaleur
Capteur solaire
Ballon tampon
Réacteur
Echangeurs
Adsorption
Désorption
METHODOLOGIE SYSTÈME
Simulation Expérimentation1an 1h

CONTENU
• Expérimentation
• Adsorption (chauffage)
• Désorption (stockage)
• Amélioration intégration système
• Simulation
• Système/Bâtiment
• Résultats annuels
• Consommations électriques auxiliaires

PLATEFORMES EXPÉRIMENTALES
Le Bourget-du-Lac
CEA - INES
Uniquement réacteur
Arlon - ULiège
Réacteur intégré au
système
Emulation
Conditions
reproductibles, stables
et comparables

SYSTÈME ULIÈGE
• 1er prototype en taille réelle
– 1 kW
• Intégration système et
bâtiment (ballon, émetteur)
• Inclus stockage & transport de
l’adsorbant
• Configurations multiples
• Système ouvert/fermé
• Humidification
• Récupération
• Source froide

CONFIGURATIONS PRINCIPALES
Chauffage : boucle fermée Stockage : boucle ouverte

EXPÉRIMENTATION SEMI-VIRTUELLE
Chauffage : boucle fermée Stockage : boucle ouverte

CHAUFFAGE - ADSORPTION
• Conditions standards
• Boucle d’air fermée
• 2.15 kg adsorbant
• 25°C retour chauffage
• Pas de source froide (≤8°C)
• Débit d’air: 250 m³/h
• Flux de chaleur
• Moy. réacteur: 600 W
• Moy. utilisateur: 254 W
• Durée: 47 min
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Heatflow[W]
Time (day and hour)
P.Air.Reactor(W) P.Wat.User(W)

CHAUFFAGE - ADSORPTION
• Conditions standards
• Température moyenne
• Sortie réacteur: 29 °C
• Départ chauffage: 27.8 °C
• Densité énergétique
• Réacteur : 153 kWh/m³
• Utilisateur: 65 kW/m³
20.00
22.00
24.00
26.00
28.00
30.00
32.00
Temperature[°C]
Time (day and hour)
T26(°C) T27(°C) TavgIn(°C) TavgOut(°C)
Utilisateur Réacteur
Réacteur
Utilisateur

CHAUFFAGE – ADSORPTION - BILAN
0
100
200
300
400
500
600
700
IN [Wh] OUT [Wh]
Energie[Wh]
Humidif.
User
Fan & CS HX inertia
Reactor
42 %
Réacteur
Utilisateur
Humidif.

AMÉLIORATIONS POSSIBLES
• Source froide
• Plus chaude
• En. Utilisateur/En. Réacteur = 70 % à 20°C
• Préacteur,moy= 980 W
• Utiliser l’air humide extrait du bâtiment
par la VMC  boucle ouverte
• Putilisateur = Préacteur * ηéchangeurs
• Isolation du réacteur (tests à venir)
• Récupération améliorée (échangeurs)
Amélioration densité énergétique
et flux de chaleur

STOCKAGE - DÉSORPTION
0
20
40
60
80
100
60 70 80 90
Durée[min]-Efficacité[%]
Température de l'eau pour la désorption [°C]
Durée [min] Efficacité [%]

SIMULATION SYSTÈME
Climats
européens
Puissance
réacteur
upscalling

MASSE DE SOLIDE
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Massedesolide[kg]
Puissance réacteur [kW]
Brussels Solid (kg)
Vienna Solid (kg)
Stockholm Solid (kg)
Besoins
inexistants pour
Barcelone

APPOINT CHAUFFAGE
0
50
100
150
200
250
300
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
Appointchauffage[kWh]
Brussels BU H (kWh)
Vienna BU H (kWh)
Stockholm BU H (kWh)
Besoins
inexistants pour
Barcelone

DIMENSIONNEMENT BRUXELLES
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
Appointchauffage[kWh]
Massedesolide[kg]
Solid (kg)
Appoint (kWh)Autonomie
solaire (800 W)
Prototype
boucle fermée
250 W
Estimation proto
boucle ouverte
500 W

TECHNOLOGIE CAPTEURS
0%
100%
200%
300%
400%
500%
600%
700%
800%
900%
1000%
15 20 25 30
Apportsolairespour
stockagesaisonnier
[%desbesoins]
Surface capteur [m²]
EFPC - 40°
FPC - 40°
ETC1 - 40°
ETC 2 - 40°
Prototype
Capteurs plans inadaptés
pour désorption à 85°C

CONSOMMATIONS ÉLECTRIQUES AUXILIAIRES
Climat de
Bruxelles

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
• Prototype actuel
• OK pour maison passive
• Habitation basse énergie: augmentation d’échelle
• Couplage VMC prometteur
• Optimiser tous les composants
• Echangeurs: dimensionnement, isolation
• Auxiliaires: transport, ventilateur, contrôle

BE-SOL
Aspects technico-économiques
2017/09/20
1

BE-SOL
2017/09/20
2
Sous-systèmes
Le système de stockage étudié et développé dans SOTHERCO comprend principalement
4 sous-systèmes:
1. Le réacteur et ses composants associés: échangeurs, conduits aérauliques,
ventilateurs, régulation, …
2. Le système de transfert
3. Les réservoirs de stockage
4. Le matériau de stockage
Le stockage transfère l’énergie qui lui est livrée avec un rendement dû aux pertes
thermiques durant les transformations . Cependant les pertes d’énergie des réaction
exo-endothermiques sont nulles dans le processus thermochimique.
Le matériau composite de stockage dans son état anhydre ne perd pas d’énergie pour
autant qu’il soit à l’abri de l’humidité!

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3
Analyse du coût du transfert de l’énergie qui transite complètement dans le système
Cette quantité d’énergie est la valeur nette utile délivrée à la sortie du système de
stockage.
Établissement du coût de transfert : données et paramètres
1) Investissement initial dans les 4 sous-systèmes
2) Cout de maintenance
3) Cout de consommation d’énergie auxiliaire
4) Valeurs résiduelles au terme de la durée de vie
5) Durée de vie des sous-systèmes
6) Quantité d’énergie en transit pendant la durée de vie

BE-SOL
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4
Analyse du coût du transfert de l’énergie qui transite complètement dans le système
Paramètres qui influencent le plus de coût de transfert:
Quantité d’énergie en transit pendant la durée de vie
Prenons une capacité de stockage Cs (MJ ou kWh).
Considérons que cette Cs est utilisée 10 fois/an et que la durée de vie estimée est de
25 ans.
L’ensemble des coûts (1+2+3-4) est à diviser par 250.
Si pour les mêmes coûts l’utilisation n’est que de 1 fois/an pendant même une durée
augmentée de 30 ans, les coûts sont à diviser par 30 seulement.
Donc quand dans le projet SOTHERCO on étudie le stockage inter saisonnier, on se situe
économiquement dans la configuration la plus difficile

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5
Calcul d’évaluation
Capacité de stockage 2.500,00 kWh
Volume stockage 17,61 m3
Masse composite 12.500,00 kg
P max reacteur 3,00 kW
Nb de cycle/an 1,00
Description
taux valeur
résiduelle Durée vie (y) Invest (€)
Cout €/kWh
transfert %
Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 10%
Système de transfert 30 3.377 0,05 6%
Réservoirs stockage 30 3.859 0,05 7%
Materiau de stockage 30 43.575 0,58 78%
Valeur résiduelle Composite 0% 30 - -
Total 56.174 0,75 100%
Description
taux valeur
Cout €/kWh
transfert %
Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 16%
Réservoirs stockage 30 3.859 0,05 11%
Valeur résiduelle Composite 50% 30 21.788- 0,29-
Total 34.386 0,46 100%

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Calcul d’évaluation
Cas où le nombre de cycles/an est >1 (on n’est plus dans l’inter saisonnier!)
On voit que le cout de transfert est réduit par 4.
Capacité de stockage 166,67 kWh
Volume stockage 1,17 m3
Masse composite 833,33 kg
P max reacteur 3,00 kW
Nb de cycle/an 15,00
Description
taux valeur
Cout €/kWh
transfert %
Reacteur &HE…. 30 5.364 0,07 62%
Réservoirs stockage 30 772 0,01 9%
Valeur résiduelle Composite 50% 30 1.452- 0,02-
Total 8.713 0,12 100%

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