andre energies

Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement

Site d’Arlon

Avenue de Longwy, 185 - B-6700 ARLON

Description du Travail de fin d’études

Etude et développement de solutions de stockage chimique d’énergie solaire

Promoteur : Philippe ANDRE, DSGE - [email protected]

Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire pour le chauffage des bâtiments

pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et

la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être

utilisés. Différentes solutions sont disponibles et, parmi ces procédés, l’utilisation

de réactions chimiques mettant en œuvre des procédés de sorption (absorption,

adsorption, …) sont à l’étude depuis plusieurs années mais sont encore assez

éloignées d’une commercialisation à grande échelle.

En accompagnement d’un projet de recherche en cours et financé par la Région

Wallonne (plan Marshall), ce travail consistera à évaluer des configurations de

procédés de stockage thermochimique au sein d’applications dédiés au chauffage et

à la production d’eau chaude sanitaire. Cette évaluation se fera dans un premier

temps en simulation numérique (logiciel TRNSYS) et, si le timing du projet l’y

autorise, sur un prototype de réacteur installé dans un bâtiment-laboratoire situé à

Arlon et disposant de toute la flexibilité de fonctionnement nécessaire.

Plan du travail :

- revue bibliographique sur les systèmes de stockage chimique

- développement d’une application en simulation numérique (logiciel

TRNSYS)

- évaluation de différentes variantes de configuration (réactifs,

dimensionnement, gestion, …)

- en fonction du timing du projet : test d’une configuration en chambre

climatique

- campagne de mesures, évaluation et recherche de stratégies de gestion du

système

Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec

les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – [email protected] ;

Elisabeth Davin – [email protected] )


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Optimisation du fonctionnement d’une installation de climatisation solaire


La climatisation (conditionnement d’air) des immeubles de bureaux constitue un

poste de plus en plus important de la consommation énergétique des bâtiments de

bureaux. Pour produire l’énergie frigorifique nécessaire au refroidissement des

bâtiments, la technique des machines frigorifiques à compression (mécanique) de

vapeur est de loin la plus répandue et s’appuie généralement sur l’électricité

comme vecteur énergétique.

La climatisation « solaire », qui consiste à produire le froid à partir de chaleur

d’origine solaire en alimentant un cycle thermodynamique à absorption ou à

adsorption constitue une telle solution et fait l’objet d’études de plus en plus

approfondies dans beaucoup de pays d’Europe.

En accompagnement d’une thèse de doctorat en cours à l’ULg sur ce sujet, ce TFE

aura pour objectif l’optimisation d’un système de climatisation solaire à partir

d’une application développée en simulation numérique (logiciel TRNSYS). Pour

cela, des composants seront assemblés l’application sera utilisée pour évaluer la

performance de cette solution technique sous différents climats. Des variantes

portant sur les paramètres principaux du système (surface de captation solaire,

volume de stockage, niveaux de température de travail, mode de régulation,…)

seront comparées entre elles afin de dégager les caractéristiques d’une solution

optimale. Dans la mesure du possible, la modélisation des composants sera

accompagnée d’une calibration sur des données issues d’une installation

expérimentale en cours de développement à Arlon.

Plan du travail :

- Développement d’une application complète sous TRNSYS

- Sélection des paramètres à faire varier

- Etude paramétrique (climat, caractéristiques du système, type d’usage des

bâtiments,…)

Ce travail se déroulera en accompagnement de la thèse de doctorat de Sébastien

Thomas ([email protected] )


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Simulation d’une pompe à chaleur géothermique


La pompe à chaleur constitue une alternative de plus en plus envisagée pour assurer

les besoins de chaleur des bâtiments. La technologie a évolué au cours des

dernières années et des solutions fiables sont à présent disponibles. Différentes

sources froides peuvent être utilisées (air, eau, sol). En Région Wallonne, on

constate toutefois aujourd’hui que la solution « pompe à chaleur géothermique »

reste utilisée de manière très confidentielle. Le coût de cette solution mais aussi

une grande variabilité du sous-sol wallon en sont deux causes parmi d’autres.

L’objet de ce travail est de développer une application de simulation numérique

permettant de mieux appréhender la conception et le dimensionnement d’une telle

solution. Pour ce faire, un site wallon sera sélectionné, une installation-type

similaire à celles que l’on trouve de manière beaucoup plus fréquente en

Allemagne ou en Suisse sera modélisée et une étude systématique des paramètres

influençant la performance de l’installation sera réalisée afin de dégager des

directives de dimensionnement appropriées au contexte wallon.

Plan du travail :

- revue bibliographique sur les pompes à chaleur géothermiques

- sélection d’un site et caractérisation du sous-sol


TRNSYS)

- évaluation de l’influence des paramètres importants (longueur des

échangeurs, nature du sol, écoulement de l’eau,…)

- développement de directives de conception et dimensionnement


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Simulation d’un système de chauffage solaire avec stockage thermochimique


A l’heure actuelle, des alternatives sont de plus en plus recherchées pour contribuer

au chauffage des bâtiments. Sous nos latitudes, l’utilisation de l’énergie solaire

pose un problème fondamental de déphasage significatif entre l’offre d’énergie et

la demande. Pour remédier au problème, des systèmes de stockage doivent être

utilisés. Le stockage thermochimique est étudié depuis longtemps et est reconsidéré

en Région Wallonne dans le cadre d’un projet financé par le Plan Marshall.

L’incorporation d’un système de stockage thermochimique (par essence « long

term) dans un système solaire, associé éventuellement à d’autres stockages à court

terme (eau chaude sanitaire, stockage en eau pour le chauffage) pose des problèmes

assez complexes de gestion. Pour étudier ces problèmes, la simulation constitue

une approche intéressante et flexible.

L’objet de ce travail est de développer une telle application en utilisant le logiciel

TRNSYS et d’étudier l’interaction entre les différents éléments constituant le

système afin d’aboutir à une gestion optimale.

Plan du travail :

- revue bibliographique sur les systèmes de chauffage solaire


TRNSYS)

- évaluation de différentes variantes de configuration (réservoirs de stockage,

surface de captation,…)

- recheche en simulation d’une stratégie de gestion optimale

-

Ce travail se fera en accompagnement du projet « Solautark » en collaboration avec

les chercheurs engagés sur ce programme (Samuel Hennaut – [email protected] ;

Elisabeth Davin – [email protected] )


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Etude d’un système énergétique basé sur les énergies renouvelables par

couplage simulation-expérimentation


Pour étudier les systèmes énergétiques, deux voies s’offrent au scientifique :

l’expérimentation en laboratoire, sur bâtiment pilote ou in-situ, et la simulation

numérique. Sur le campus d’Arlon se trouve un bâtiment-laboratoire qui permet de

tester de manière reproductible et avec une très grande flexibilité une série de

systèmes énergétiques utilisant des sources d’énergie renouvelables. Par ailleurs, le

logiciel TRNSYS permet de simuler avec une flexibilité encore plus grande les

mêmes systèmes énergétiques.

L’objet de ce travail de fin d’études est d’étudier comment les deux ressources

d’investigation pourraient être combinées afin de se renforcer mutuellement. Par

exemple, une investigation pourrait utiliser et associer des composants

physiquement présents dans le laboratoire à d’autres représentés en simulation

numérique. On parle alors d’émulation pour qualifier la connexion entre un

programme de simulation et un système physique. La démarche sera appliquée sur

le bâtiment –laboratoire situé à Arlon et se focalisera sur l’installation solaire de ce

bâtiment (capteurs, stockage, machines de froid solaire).

Plan du travail :

- Analyse technique du bâtiment-laboratoire

- analyse des applications de simulation numérique (logiciel TRNSYS)

existantes pour ce laboratoire

- choix d’une ou plusieurs configurations de système à évaluer en émulation

- développement de l’application

- réalisation de tests d’émulation

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