Étude numérique et expérimentale de l'influence des conditions opératoires sur un stockage de type thermocline intégré à une centrale solaire thermodynamique

Most concentrating solar power plants face difficulties due to the intermittency of the solar resource. One solution to this problem consists in thermal storage, which extends production beyond daylight hours. However, the systems currently used represent a significant fraction of the installation cost of a concentrated solar power plant. Furthermore, they only take advantage of half the volume they occupy. Dual-medium thermocline storage systems are a promising way to reduce the cost of storage and increase its energy density. This thesis studies the influence of various operating parameters on the performance of a thermocline storage system in order to facilitate its integration into a solar power plant. First, a numerical study is carried out using a one-dimensional model simulating three phases: the heat transfer fluid, the solid filler and the tank wall. This model is used to study the influence of the interstitial fluid velocity and that of the temperature conditions on storage performance. Numerical simulations predict the existence of an optimal velocity that maximises the utilisation rate and whose value depends on the temperature conditions. An experimental campaign conducted on a 207 kWh prototype confirms these numerical results on the influence of both velocity and temperature. A third parameter is also studied experimentally: the method used for fluid distribution at the top of the tank. Comparative tests of three distributors lead to the following conclusions. At the local level, the distributor has a short-term influence on the radial behaviour at the top of the packed bed. However, this effect is moderate and does not impact the overall performance of the storage.La plupart des centrales solaires à concentration sont confrontées au problème de l’intermittence de la ressource solaire. Une solution pour y remédier est le stockage thermique qui prolonge la production au-delà des heures d’ensoleillement. Cependant, les systèmes actuellement utilisés représentent une fraction importante du coût d’installation d’une centrale solaire. De plus, ils ne tirent parti que de la moitié du volume qu’ils occupent. Les stockages de type thermocline à double milieu constituent une piste prometteuse pour diminuer le coût du stockage et augmenter sa densité énergétique. Ce travail de thèse étudie l’influence de divers paramètres opératoires sur les performances d’un stockage de type thermocline afin de faciliter son intégration dans une centrale solaire. Dans un premier temps, une étude numérique est réalisée à l’aide d’un modèle unidimensionnel simulant trois phases : le fluide caloporteur, le garnissage solide et la paroi du réservoir. L’influence de la vitesse interstitielle du fluide et celle de la température sur les performances du stockage sont ainsi étudiées. Les simulations numériques prévoient l’existence d’une vitesse optimale qui maximise le taux d’utilisation et dont la valeur dépend des conditions de température. Une campagne expérimentale menée sur un prototype de 207 kWh confirme ces résultats numériques sur l’influence de la vitesse et de la température. Un troisième paramètre est également étudié expérimentalement : la méthode de distribution du fluide au sommet du réservoir. Les tests comparatifs de trois distributeurs mènent aux conclusions suivantes. Au niveau local, le distributeur a une influence de courte durée sur le comportement radial tout en haut du lit fixe. Cependant, cet effet est modéré et affecte pas la performance globale du stockage