Transfert de chaleur dans un matériau à changement de phase : application au stockage cyclique d'énergie électrique

Abstract

La présente étude est consacrée à l'analyse de transfert de chaleur dans un système de stockage cyclique d'énergie électrique par chaleur latente de fusion. Ce système peut être utilisé afin d'emmagasiner de la chaleur la nuit pour la restituer le jour, réduisant ainsi la demande d'électricité pour le chauffage pendant les heures de pointe. Un modèle enthalpique basé sur le principe de "moyenne volumique" est développé pour un milieu à deux phases. La présence de l'interface est ignorée et remplacée par une conductivité thermique effective du milieu. Ce modèle est ensuite utilisé pour prédire les performances thermiques et cycliques du système de stockage. Un prototype d'un élément plan pouvant servir aux positions horizontale (plafond) ou verticale (mur) est conçu, fabriqué puis testé au laboratoire sous un régime cyclique de charge et de décharge consécutives durant plusieurs jours et pour différentes intensités de la puissance électrique fournie. L'élément de stockage décharge sa chaleur dans le milieu ambiant par convection naturelle et par rayonnement. Dans le but de déterminer les paramètres optimums de fonctionnement, une étude paramétrique est enfin réalisée à l'aide du modèle réduit et efficace se basant sur des constatations expérimentales. En fin, pour bien contrôler la température de la plaque d'échange de l'élément de stockage, une modification technique est apportée à l'élément de stockage lui permettant de décharger sa chaleur par convection forcée, par rayonnement et par convection naturelle dans l'environnement.