Innov'R - GrimsBox (38)
Mots-clés : Energie
Contexte : Le Groupe GRIMS, via sa filiale GRAVITEC spécialisée dans le moulage d’aluminium par gravité, a décidé de développer et mettre sur le marché une gamme de stockeurs d’énergie modulaires et connectables dénommés GRIMSBOX. Ces produits font appel à la technologie « matériaux à changement de phase » couplée à celle des « mousses métalliques régulières issues de fonderie » et font l’objet d’une collaboration et d’une mise en commun de connaissances et savoir-faire complémentaires entre le CEA et le Groupe GRIMS. La chaleur pour le secteur résidentiel et l’industrie représente 50 % de l’énergie consommée en France et en Europe. Aujourd’hui encore 75 % de cette chaleur est générée à partir d’énergie fossile. Pourtant de nombreuses sources de chaleur renouvelables existent, souvent plus faciles à mettre en œuvre que les énergies renouvelables pour le transport ou la production d’électricité, et souvent compétitives par rapport aux énergies fossiles : par exemple la biomasse, la récupération de chaleur fatale, la géothermie ou le solaire thermique. Pour davantage intégrer ces énergies renouvelables dans son mix énergétique, la France pousse le développement des réseaux de chaleur urbains, qui permettent via une production de chaleur centralisée d’intégrer de grandes quantités de chaleur de récupération et d’énergie géothermique, ou encore de brûler de la biomasse dans des centrales de production à haut rendement et avec des rejets de fumée maîtrisés. Par ailleurs, ces réseaux de chaleur urbains sont amenés dans le futur à s’intégrer à des réseaux multi-énergies intégrant chaleur, froid, électricité et biogaz. Le projet GRIMSBOX est en lien direct avec le développement à venir des réseaux de chaleur urbains et de toutes les boucles de transfert thermorégulées en eau. Face à cet enjeu, les stockeurs d’énergie utilisant la technologie mousse/MCP, objet du projet GRIMSBOX, apportent une réponse pertinente à la problématique du stockage/déstockage de chaleur, avec une compacité inégalée, une réactivité élevée et une modularité permettant leur adaptation à des conditions d’usage très variables. Cette croissance s’accompagnera de création d’emplois dans la région lyonnaise et également la génération de nouvelles expertises dans le domaine énergétique visé. Sur le plan environnemental la mise en place de telles solutions de stockage énergétique à haute densité permet ainsi un écrêtage des pics de consommation ainsi qu'une réduction des surfaces foncières impactées. De plus le produit GRIMSBOX fait appel à des matériaux recyclables à 100 %, en l’occurrence des MCP biosourcés ainsi que de l’aluminium recyclé issu de refusions successives.
Description : Ce projet concerne la réalisation d’un démonstrateur de stockage d’énergie utilisant les propriétés d’un Matériau à Changement de Phase (MCP) contenu dans une matrice en mousse métallique d’aluminium. Il comprend également la validation de ses performances sur site ainsi que la définition d’un plan d’industrialisation et de commercialisation pour mise sur le marché d’une gamme de produits. Cette technologie est issue d’un programme de R&D conduit en partenariat avec le CEA (thèse, preuve de concept (POC), validation des performances techniques sur bancs d’essais). Le projet de preuve de concept EASYPOC réalisé en 2020 avec le CEA a permis de démontrer expérimentalement les avantages en matière de compacité et de modularité en taille et en forme de cette technologie de stockage de chaleur latente. La campagne expérimentale au laboratoire du CEA conduit dans le projet EASYPOC a confirmé d’autre part les performances en matière de passage de puissance lors des phases de charge et de décharge de cette preuve de concept de la technologie GRIMSBOX. Ce projet a mis en évidence toutefois que des efforts sont encore à mener pour consolider la conception et la fabrication de l’échangeur thermique en matrice alvéolaire métallique intégralement moulée, qui est le cœur de cette innovation. Pour ambitionner de telles réalisations la montée en maturité de cette technologie est indispensable. C’est pour cela que le déploiement et l’exploitation d’un démonstrateur de cette technologie en environnement réel (dans le réseau de chaleur urbain de Montpellier) constitue un jalon qui permettra d’apprécier la maturité du produit GRIMSBOX et d’entrer dans une phase d’industrialisation et de commercialisation. Le réseau de chaleur sélectionné en tant que partenaire pour ce projet est géré par l’opérateur local de la Métropole de Montpellier, Energies du Sud. Ce réseau de chaleur accompagne le déploiement du quartier à énergie positive nommé Eureka. Sur le site sélectionné, le principe technique retenu est celui des réseaux de chaleur de cinquième génération : à partir d’une boucle d’eau tempérée équilibrée en température pour de l’énergie de récupération sur un data center voisin, des thermofrigopompes décentralisées dans une vingtaine d’ilots d’immeubles produisent chaleur et froid pour les usagers. La mixité des besoins à l’échelle du quartier, la concomitance des consommations de chaleur et de froid et l’installation systématique de volume de systèmes de stockage, concourent à la performance énergétique des thermofrigopompes. Le réseau de chaleur du quartier Eureka accueillera dans l’Ilot 13 démarré en 2020 le démonstrateur GRIMSBOX et bénéficiera ainsi du couplage avec un nouveau stockage MCP haute densité pour optimiser les cycles de fonctionnement des thermofrigopompes et assurer le lissage de la demande de pointe. Le projet GRIMSBOX se déroulera en plusieurs étapes : 1/ Etude technique pour la conception et l’optimisation du démonstrateur ; 2/ Déploiement d’un outil numérique de dimensionnement de stockage GRIMSBOX ; 3/ Installation sur site, instrumentation et analyse ; 4/ Optimisation produit, développement et conception du packaging ; 5/ Optimisation de la fabrication, amélioration du process et étude d’industrialisation échelle 1 ; 6/ Etude technico économique échelle 2 et étude de marché échelle 1.
Objectifs et résultats attendus : Le Groupe GRIMS, via sa filiale GRAVITEC spécialisée dans le moulage d’aluminium par gravité, a décidé de développer et mettre sur le marché une gamme de stockeurs d’énergie modulaires et connectables dénommés GRIMSBOX. Ces produits font appel à la technologie « matériaux à changement de phase » couplée à celle des « mousses métalliques régulières issues de fonderie » et font l’objet d’une collaboration et d’une mise en commun de connaissances et savoir-faire complémentaires entre le CEA et le Groupe GRIMS. Cette gamme de produits innovants, protégée par un(des) brevet(s) commun(s), est destinée à équiper des boucles d’énergie pour des bâtiments divers allant de résidences individuelles à des immeubles collectifs, pour des hôpitaux et des écoles. Le stockage MCP local à haute densité et à faible coût permet d’améliorer le fonctionnement de sous station de réseau urbain ou de pompe à chaleur par exemple. Il permet d’assurer que la disponibilité quotidienne et saisonnière de la chaleur sera atteinte grâce à l'intégration d'un niveau élevé quotidien amélioré des stockages MCP de densité pour lisser à la fois les pics de demande de chaleur et le fonctionnement dynamique. Le stockage thermique local permet aussi de soutenir l'optimisation des cycles des besoins (démarrage et cyclage d'arrêt) et les plages de fonctionnement avec limitation des fonctionnements dans des conditions dégradées. Objectifs de réalisation lors du projet : - Analyse du réseau et définition des besoins énergétique et de puissance. Définition des schémas et des configurations d'exploitation les plus pertinents pour le stockage de chaleur dans les conditions d’exploitations du réseau de chaleur de Montpellier sur le site sélectionné. - Conception de la solution de stockage, définition de son P&ID, de sa méthode de remplissage en MCP et préconisation pour son pilotage/exploitation. - Instrumentation puis analyse du fonctionnement en utilisation réelle du démonstrateur de stockage avec essais de durabilité. - Développement d’un outil numérique pour le dimensionnement de solutions de stockage de chaleur latente (MCP) intégrant un échangeur thermique en matrice alvéolaire de type mousse métallique. - Etude de marché, développement du packaging, stratégie et développement commercial, industrialisation et amélioration du process de fabrication.
Bénéficiaire : GRAVITEC
Localisation : Isère, Auvergne-Rhône-Alpes, FRANCE
Début : 22/11/2021 — Durée : 16 mois
Budget total : 755000 € — Aide ADEME : 50000 €
Statut : Clos