Éco-conception d'un échangeur-stockeur thermique de type thermocline - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Eco-design of thermocline heat exchanger-storage

Éco-conception d'un échangeur-stockeur thermique de type thermocline

Diane Le Roux

Résumé

In order to meet the challenges of the energy transition, the challenge lies in the implementation of technically efficient, economically viable and environmentally friendly systems. This work focuses on multi-criteria optimisation of thermocline thermal energy storage. This system uses a single tank to store heat. The main objective is to create a decision-support tool to select the different components of such a system, according to exergy, environmental and economic criteria. The influence of tank shape, particle size, heat transfer fluid and filler materials used is studied in order to optimise packed-bed storage. Two reference cases are considered. The first one recovers waste heat from industrial processes. The second one store heat from concentrated solar power plants. The multi-objective problem is solved using a multi-criteria genetic algorithm. For each fluid/solid pair, a Pareto set is obtained. The multi-criteria decision making method TOPSIS coupled with Shannon entropy is used to select the best compromise solution in each Pareto set, thus avoiding any subjective choice from the decision maker.Multi-criteria optimisation leads to a preference for stocky tank shapes are preferred to maintain good exergy efficiency, moderate environmental footprint and low LCOE. The application of TOPSIS combined with Shannon entropy leads to the selection of a ceramics from waste as the best filler material. This innovative methodology can be applied to other energy systems in the future.
Afin de relever les défis de la transition énergétique, l’enjeu réside dans la mise en place de systèmes techniquement performants, économiquement viables et respectueux de l’environnement. Ces travaux de thèse portent sur l’optimisation multi-critères d’un stockage thermique de type thermocline, qui utilise une unique cuve pour stocker la chaleur. L’objectif principal est de créer un outil d’aide à la décision permettant de sélectionner les différents éléments d’un tel système, selon des critères exergétique, environnemental et économique. L’influence de la géométrie du réservoir, de la granulométrie des particules, du fluide caloporteur et des matériaux de garnissage utilisés est étudiée afin d’optimiser un stockage thermocline. Deux cas de référence sont considérés : le premier permet de valoriser les chaleurs fatales perdues par les industries, et le second de stocker la chaleur issue des centrales solaires à concentration.Le problème d’optimisation tri-critères est résolu à l’aide d'un algorithme génétique multi-objectifs. Pour chaque couple fluide/solide simulé, un ensemble de Pareto est obtenu. La méthode multi-critères d’aide à la décision TOPSIS couplée à l'entropie de Shannon est utilisée pour sélectionner la meilleure solution de compromis dans chaque ensemble de Pareto, évitant ainsi tout choix subjectif de la part du décideur.Des réservoirs de forme trapue sont préférés pour maintenir un bon rendement exergétique, une empreinte environnementale modérée et un faible LCOE. L'application de la méthode TOPSIS/Shannon conduit à sélectionner un matériau issu des déchets comme le meilleur matériau de remplissage. Cette méthodologie innovante peut-être appliquée par la suite à d’autres systèmes énergétiques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03813734 , version 1 (13-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03813734 , version 1

Citer

Diane Le Roux. Éco-conception d'un échangeur-stockeur thermique de type thermocline. Energie électrique. Université de Perpignan, 2022. Français. ⟨NNT : 2022PERP0013⟩. ⟨tel-03813734⟩
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