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Thèse Année : 2022

Hybrid thermochemical compression cycles : application to electricity/cold cogeneration microgrids

Cycles thermochimiques hybrides à compression : application aux micro-réseaux de cogénération électricité/froid

Antoine Perrigot
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1227972
  • IdRef : 267799691

Résumé

The work presented is part of the ANR project "RECIF", which aims to develop an isolated polygeneration microgrid specifically adapted to the needs of islands, mainly electricity and cooling from solar photovoltaic energy. Hydrogen storage, via an electrolyzer and a fuel cell, is implemented to overcome the intermittence of the solar resource. The work carried out is particularly focused on the additional integration of thermochemical storage processes in order to improve the overall energy efficiency of this microgrid by making it possible to valorize the large amount of low-temperature heat rejected by these two components for cooling. In order to allow the valorization of these low temperature heat rejects for refrigeration and freezing applications, various hybrid configurations of thermochemical processes / mechanical vapor compression have been evaluated for a wide range of reactive couples. An experimental study of this hybridization has been conducted to better understand the thermochemical reactor/compressor interaction in certain phases of operation. This work demonstrates the possibility of exploiting and valorizing the heat available at temperatures close to the ambient temperature by allowing a cold production at very low temperatures. A tool based on particle swarm optimization algorithm (PSO) has been developed to allow an optimized sizing and management of the different energy storages of a microgrid. The most relevant typologies of electrical/cold load profile from a technical-economic point of view have been identified. A dynamic model of the hybrid thermochemical compression storage process is developed according to the EMR (Energetic Macroscopic Representation) multiphysics modelling formalism and experimentally validated. The inversion of such a model has allowed to identify control structures and to consider innovative control strategies for thermochemical processes, such as for example the regulation of the temperature of a fuel cell while maximizing the cold produced by valorizing the heat rejected by it. This work allows to consider future developments of hybrid thermochemical/compression processes for new applications such as refrigeration or even deep freezing by exploiting and valorizing thermal waste at low temperature close to the ambient temperature.
Les travaux présentés s’inscrivent dans le cadre du projet ANR "RECIF", qui vise à développer un micro-réseau de polygénération isolé spécifiquement adapté aux besoins insulaires, principalement d’électricité et de froid à partir d’énergie solaire photovoltaïque. Un stockage d’hydrogène, via un électrolyseur et une pile à combustible, est mis en œuvre pour pallier l’intermittence de la ressource solaire. Les travaux menés s’intéressent plus particulièrement à l’intégration supplémentaire de procédés de stockage thermochimique afin d’améliorer l’efficacité énergétique globale de ce micro-réseau en rendant possible une valorisation en froid de l’importante quantité de chaleur basse température rejetée par ces deux composants.Pour permettre une valorisation de ces rejets thermiques de basse température pour des applications de réfrigération et congélation, diverses configurations hybrides de procédés thermochimiques / compression mécanique de vapeur ont été évaluées pour une large gamme de couples réactifs. Une étude expérimentale de cette hybridation a ensuite été menée afin de mieux comprendre l’interaction réacteur thermochimique / compresseur dans certaines phases de fonctionnement. Ces travaux démontrent ainsi la possibilité d’exploiter et valoriser la chaleur disponible à des températures proches de la température ambiante en permettant de produire du froid à de très basses températures.Un outil basé sur un algorithme d’optimisation par essaims particulaires (PSO) a été développé pour permettre un dimensionnement et une gestion optimisés des différents stockages énergétiques d’un micro-réseau. Des typologies de profils de charges (électrique/froid) les plus pertinentes du point de vue technico-économique ont ainsi pu être identifiés. Un modèle dynamique du procédé hybride de stockage thermochimique à compression a été développé selon le formalisme multiphysique REM (Représentation Énergétique Macroscopique) et validé expérimentalement. L’inversion d’un tel modèle a permis d’identifier des structures de contrôle/commande et d’envisager ainsi des stratégies de commande novatrices pour les procédés thermochimiques, tel que par exemple la régulation de la température d’une pile à combustible tout en maximisant la valorisation en froid de la chaleur émise par celle-ci.Ces travaux permettent ainsi d’envisager de futurs développements de procédés hybrides thermochimiques à compression pour de nouvelles applications comme la réfrigération voire la congélation en exploitant et valorisant des rejets thermiques à basse température proche de l’ambiance.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03992712 , version 1 (16-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03992712 , version 1

Citer

Antoine Perrigot. Cycles thermochimiques hybrides à compression : application aux micro-réseaux de cogénération électricité/froid. Thermique [physics.class-ph]. Université de Perpignan, 2022. Français. ⟨NNT : 2022PERP0028⟩. ⟨tel-03992712⟩
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