Stockage hybride de l'air comprimé et de l'énergie thermique dans l'infrastructure post-mine

Les scientifiques de la Pologne ont développé une technologie de stockage d'énergie de l'air comprimé à l'aide de systèmes de stockage d'énergie thermique (TES) intégrés dans des arbres de mine abandonnés. Le système fonctionne sans source de chaleur externe et utilise un compresseur d'air, un réservoir de stockage d'air comprimé avec un système de stockage d'énergie thermique intégré et un expanseur d'air.

Une équipe de scientifiques de l'Université de technologie de la Silésie en Pologne a développé une technologie de stockage d'énergie de l'air comprimé (CAE), qui utilise des systèmes de stockage d'énergie thermique (TES) intégrés dans les mines abandonnées pour réutiliser efficacement les réservoirs d'air comprimés. «Notre concept de stockage vise à réutiliser et à protéger les infrastructures souterraines après l'exploitation minière, ce qui est souvent irrémédiablement endommagé après la fermeture de la mine», a déclaré Lukasz Bartela, correspondant du magazine PV, auteur de l'étude.

Le groupe estime que les zones minières ont le potentiel de fournir une infrastructure énergétique à faible coût. "Les mines sont souvent situées près des centrales électriques et / ou des stations de distribution", ont déclaré les chercheurs. «Cela permet d'utiliser l'infrastructure de connexion du réseau existante. De plus, la proximité des zones industrielles hautement développées réduit les pertes de transmission de puissance. Il n'est pas nécessaire de construire des réservoirs de stockage au-dessus du sol pour les centrales thermiques, ce qui permet d'économiser l'espace disponible limité.»

Le système fonctionne sans utiliser une source de chaleur externe et utilise un compresseur d'air, un réservoir d'air comprimé avec un stockage d'énergie thermique intégrée et un expanseur d'air. Les éléments du système peuvent être à un stade ou à deux étapes.

Dans la configuration proposée du système, le réservoir TPP est intégré et connecté au concentrateur. Cela aide à réduire la perte de chaleur même si la chaleur quitte le matériau de stockage et passe dans l'air dans le réservoir d'arbre. Le système TPP s'adapte à la géométrie de la mine, réduisant le champ de transfert de chaleur, qui a un effet positif sur l'efficacité énergétique du processus de stockage de la chaleur.

"Le plus grand avantage de placer le système TES dans le volume d'un réservoir de pression est la possibilité d'utiliser une structure de coquille à parois minces qui abrite le matériau pour stocker l'énergie thermique", a expliqué Bartela. «Cela peut réduire considérablement le coût du système CHP.»

Pour diviser le réservoir en sections, des cylindres en acier avec un fond perforé sont utilisés, ce qui facilite l'installation et inspecte périodiquement la couche de matériau absorbant la chaleur. «La communication entre les sections sera possible à l'aide des échelles, qui font également partie du système de positionnement vertical TES», ont noté les scientifiques.

Pendant la phase de charge, l'électricité est utilisée pour conduire le compresseur. Les systèmes souterrains hybrides fournissent de l'air à chaud comprimé au réservoir à travers une tuyauterie d'entrée avec des vannes d'arrêt intégrées. L'air traverse ensuite le système TES, chauffant le matériau stocké.

Pendant la phase de déchargement, l'air passe par le système TES, en éliminant la chaleur du matériau accumulé. L'air chaud entre ensuite un expanseur, qui entraîne un générateur pour produire de l'électricité. "Il est avantageux de remplir l'appareil TES d'un volume suffisant de matériau de stockage thermique approprié pour absorber la chaleur, ce qui est important pour un refroidissement élevé de l'air stocké", a souligné le groupe. «En limitant la température de l'air dans le stockage qui est en contact avec la coque du réservoir souterrain, la perte de chaleur sera réduite, ce qui augmentera l'efficacité de stockage d'énergie du système CAES.»

Ils ont calculé une capacité de stockage d'air comprimé de 60 000 mètres cubes et une pression maximale de 5 mégapascals (MPa). Sur cette base, ils ont calculé que l'installation aurait une capacité de stockage d'énergie de 140 MWh avec une efficacité aller-retour d'environ 70% et un réservoir de stockage avec une efficacité énergétique de 95%.

Ils expliquent également que dans des cas particuliers, la pression atmosphérique peut être maintenue à un niveau allant jusqu'à 8 MPa, selon les caractéristiques spécifiques de la mine. «Dans ce cas, la capacité énergétique du système peut dépasser 200 MWh», souligne Bartela. «D'un point de vue économique, il serait très avantageux d'utiliser des roches ordinaires dans le système TES, comme le granit ou le basalte. Cependant, la recherche sur des matériaux synthétiques alternatifs est actuellement en cours à l'Université de technologie de la Silésie.»

Le groupe a présenté le concept de stockage d'énergie dans une étude récemment publiée dans le Journal de stockage d'énergie évaluant le potentiel énergétique d'un système de stockage d'énergie d'air comprimé adiabatique post-récolte basé sur un nouveau système de stockage d'énergie thermique. «Actuellement, nous travaillons uniquement sur l'optimisation de la conception du réservoir de stockage de chaleur, ce qui peut réduire le coût des modules CHP», conclut Bartela.

Selon le groupe, la Pologne possède 139 mines de charbon actives et 34 mines de cuivre et de sel de roche actifs. Il est actuellement prévu de mettre la démontage 39, dont environ la moitié sont utilisés pour pomper l'eau. La mine la plus profonde a une profondeur de plus de 1300 mètres.

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