Brevet FR3129714A1 — publié le 20230602

Système de stockage thermique par thermocline L’invention concerne un système de stockage thermique comprenant - un premier ensemble de stockage comprenant : un premier volume , recevant un premier fluide caloporteur, un premier échangeur échangeant de l'énergie thermique issue d'une source chaude au profit d'un premier fluide caloporteur, un premier circuit fluidique, assurant la connexion fluidique entre le premier échangeur et le premier volume et recevant le premier fluide caloporteur, - un deuxième ensemble de stockage comprenant :un deuxième volume, recevant un deuxième fluide caloporteur, un deuxième échangeur , échangeant de l'énergie thermique du deuxième fluide caloporteur, un deuxième circuit fluidique distinct du premier circuit fluidique, configuré pour assurer la connexion fluidique entre le deuxième échangeur et le deuxième volume et apte à recevoir le deuxième fluide caloporteur, - le système comprend un troisième échangeur agencé entre le premier volume et le deuxième volume . Figure pour l’abrégé : Fig.1 Système de stockage thermique par thermocline La présente invention concerne les Systèmes de Stockage Thermique (SST), et plus particulièrement, thermoclines pouvant utiliser des Matériaux à Changement de Phase (MCP). L'invention trouvera son application pour le stockage et le transfert d'énergie notamment renouvelable issue par exemple de centrales solaires thermodynamiques, par exemple, une centrale solaire combinée à un cycle organique de Rankine (OCR) ou à de la vapeur pour produire de l’électricité. L'invention pourra s'appliquer dans des réseaux de chaleur et de froid notamment pour des systèmes de transfert d’énergie passif, c'est à dire sans circulation mécanique de fluide. ETAT DE LA TECHNIQUE La recherche d'énergie alternative aux énergies fossiles a conduit à des déploiements à grande échelle d'énergie renouvelable (principalement éolienne et solaire photovoltaïque). Les systèmes de stockage constituent une solution prometteuse, adaptable à une grande variété de situations en permettant le découplage entre production et demande. Une part importante de l’énergie consommée mondialement étant thermique, le stockage de cette forme d’énergie bénéficie d’un intérêt grandissant de la part des chercheurs et des industriels. L'énergie solaire à concentration (CSP pour Concentration Solar Plant en anglais) intégrant un stockage d'énergie thermique (TES pour Thermal Energy Storage en anglais) peut fournir une production d'électricité continue et pilotable, indépendamment de l'intermittence de la source solaire. Une solution étudiée consiste en un stockage d'énergie thermique thermocline dual média. Ce stockage d'énergie dont un mode de réalisation particulier est décrit dans le document EP3417230 consiste en une seule cuve, remplie d’un mélange d’un fluide caloporteur et d’un solide. En charge, le fluide chaud est introduit par le haut du réservoir et cède son énergie au lit de solide dont la température s’élève. En décharge, le fluide froid est introduit par le bas du réservoir et se réchauffe par contact avec le solide. Dans ce document, la cuve comprend un moyen de régulation thermique à l'entrée et à la sortie de la cuve pour maintenir le gradient thermique dans la cuve. Cependant, cette solution ne permet pas de régler parfaitement la problématique de l'intermittence de la source et donc des différences entre la production d'énergie et son utilisation. La présente invention a pour but de proposer une solution qui permet d'optimiser le stockage et la restitution d'énergie thermique en fonction des besoins et des ressources disponibles. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation l'invention prévoit un système de stockage thermique comprenant un premier ensemble de stockage d'énergie thermique comprenant : – un premier volume de stockage, chaud, apte à recevoir un premier fluide caloporteur, – un premier échangeur thermique, chaud, configuré pour échanger de l'énergie thermique issue d'une source chaude au profit d'un premier fluide caloporteur, un deuxième ensemble de stockage d'énergie thermique comprenant : - un deuxième volume de stockage, froid, apte à recevoir un deuxième fluide caloporteur, - un deuxième échangeur thermique, froid, configuré pour échanger de l'énergie thermique du deuxième fluide caloporteur caractérisé en ce que : - le premier ensemble de stockage comprend un premier circuit fluidique, chaud, configuré pour assurer la connexion fluidique entre le premier échangeur et le premier volume de stockage et apte à recevoir le premier fluide caloporteur, - le deuxième ensemble de stockage comprend un deuxième circuit fluidique, froid, configuré pour assurer la connexion fluidique entre le deuxième échangeur et le deuxième volume de stockage et apte à recevoir le deuxième fluide caloporteur, le premier circuit fluidique et le deuxième circuit fluidique étant distincts, c'est à dire, non connectés fluidiquement, et - le système comprend un troisième échangeur thermique agencé entre le premier volume de stockage et le deuxième volume de stockage qui sont distincts pour assurer l'échange thermique entre le premier et le deuxième volume de stockage. Le système selon l'invention permet de transférer simultanément des puissances différentes par les deux échangeurs thermiques. En effet, la présence de deux circuits fluidiques distincts permet d'avoir des débits différents, des écarts de températures différents dans le premier volume de stockage et dans le deuxième volume de stockage. Avantageusement, le système selon l'invention permet un stockage très hautes températures telles par exemple de l'ordre de 500 à 850°C, par exemple avec le plomb comme fluide caloporteur qui fonctionne avantageusement par convection naturelle limitant l'usage de pompe ou circulateur mécanique qui présenterai des fragilités dans un environnement de très hautes températures. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente le système selon un premier mode de réalisation de l'invention. La représente le système selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La représente le système selon la en mode stockage de l'énergie thermique dans le premier module de stockage de MCP et destockage de l'énergie thermique dans le deuxième module de stockage de MCP. La représente le système selon la en mode restitution de l'énergie thermique stockée dans les modules de stockage de MCP et stockage de l'énergie thermique dans le deuxième module de stockage de MCP. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. Système de stockage thermique comprenant un premier ensemble de stockage (10) d'énergie thermique comprenant : – un premier volume de stockage (11) apte à recevoir un premier fluide caloporteur, – un premier échangeur thermique (12) configuré pour échanger de l'énergie thermique issue d'une source chaude (2) au profit d'un premier fluide caloporteur, un deuxième ensemble de stockage (20) d'énergie thermique comprenant : - un deuxième volume de stockage (21) apte à recevoir un deuxième fluide caloporteur, - un deuxième échangeur thermique (22) configuré pour échanger de l'énergie thermique du deuxième fluide caloporteur caractérisé en ce que : - le premier ensemble de stockage (10) comprend un premier circuit fluidique (13) configuré pour assurer la connexion fluidique entre le premier échangeur (12) et le premier volume de stockage (11) et apte à recevoir le premier fluide caloporteur, - le deuxième ensemble de stockage (20) comprend un deuxième circuit fluidique (23) configuré pour assurer la connexion fluidique entre le deuxième échangeur (22) et le deuxième volume de stockage (21) et apte à recevoir le deuxième fluide caloporteur, le premier circuit fluidique (13) et le deuxième circuit fluidique (23) étant distincts, et - le système comprend un troisième échangeur thermique (1) agencé entre le premier volume de stockage (11) et le deuxième volume de stockage (21) qui sont distincts pour assurer l'échange thermique entre le premier (11) et le deuxième (21) volume de stockage. Système selon la revendication précédente dans lequel le premier ensemble de stockage (10) comprend un premier module de stockage (14) d'énergie thermique comprenant un premier matériau à changement de phase (MCP). Système selon la revendication précédente dans lequel le premier module de stockage (14) d'énergie thermique est agencé en aval du premier échangeur thermique (12). Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le premier module de stockage (14) d'énergie thermique est agencé dans le premier volume de stockage (11) . Système selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 dans lequel le premier module de stockage (14) d'énergie thermique est agencé sur le premier circuit fluidique (13) en amont du premier volume de stockage (11). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le deuxième ensemble de stockage (20) comprend un deuxième module de stockage (24) d'énergie thermique comprenant un deuxième matériau à changement de phase (MCP). Système selon la revendication précédente dans lequel le deuxième module de stockage (24) d'énergie thermique est agencé en aval du deuxième échangeur thermique (22). Système selon l'une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le deuxième module de stockage (24) d'énergie est agencé dans le deuxième volume de stockage (21). Système selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 dans lequel le deuxième module de stockage d'énergie (24) thermique est agencé sur le deuxième circuit fluidique (23) en amont du deuxième volume de stockage (22). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier ensemble de stockage (10) et le deuxième ensemble de stockage (20) ne comprennent pas d'élément mécanique de mise en circulation respectivement du premier fluide caloporteur et du deuxième fluide caloporteur. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier volume de stockage (11) comprend une entrée de fluide caloporteur (15) en partie supérieure et une sortie de fluide caloporteur (16) en partie inférieure, et le premier échangeur thermique (22) est agencé à un niveau de hauteur équivalent à la sortie (16) de fluide caloporteur du premier volume de stockage (11). Système selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le deuxième volume de stockage (21) comprend une entrée de fluide caloporteur (25) en partie supérieure, et une sortie de fluide caloporteur (26) en partie inférieure, et le deuxième échangeur thermique (22) est agencé à un niveau de hauteur équivalent de la sortie de fluide caloporteur (26) du deuxième volume de stockage (21).