Engineering
Stockage à air comprimé
Chargez les réservoirs avec un compresseur et faites ressortir l’air par un détendeur. Évacuez la chaleur de compression dans un refroidisseur, gardez-la dans un stockage à roches ou laissez-la dans l’air, conservez la charge pendant des heures et comparez ce que rend chaque cycle.
Ce qui se passe
Des réservoirs en acier de 25 m³ chacun contiennent l’air entre 4 et 20 bar. Un compresseur au rendement isentropique de 85 % y refoule l’air ambiant ; plus la pression contre laquelle il travaille est élevée, plus l’air sort chaud – 459 K pour 4 bar, 757 K pour 20 bar. L’air chaud entre dans le réservoir tel quel, en traversant un refroidisseur final qui évacue sa chaleur, ou en traversant un stockage à lit de roches qui la conserve. À la sortie, un détendeur fait passer l’air de la pression du réservoir à la pression atmosphérique et entraîne un générateur ; avec le stockage, l’air reprend d’abord la chaleur. La paroi du réservoir échange de la chaleur avec l’extérieur, 150 W/K.
Un cycle de 50 m³ de 4 à 20 bar et retour, à 1 kg/s : garder la chaleur dans l’air restitue 65,1 % de l’électricité, mais seulement tant que l’air reste chaud – après deux heures d’attente, il n’en restitue que 23,7 %. Le refroidisseur final évacue la chaleur aussitôt : 34,9 %. Le stockage à roches restitue 52,6 %, et encore 35,2 % après deux heures. Détendu depuis la température ambiante, l’air sortirait bien en dessous du point de congélation : depuis 20 °C sous 20 bar, l’échappement est à 150 K.
Modèle : un gaz parfait à capacités thermiques massiques constantes dans un seul réservoir bien brassé, le premier principe pour un système ouvert appliqué à sa masse et à son énergie interne ; compresseur et détendeur à un seul étage adiabatique ; échangeurs de chaleur d’efficacité 0,9 ; le stockage comme une seule capacité thermique de 0,5 MJ/K avec une petite perte ; RK4 au pas de 1 s.
À essayer
Faites un cycle avec chaque façon de traiter la chaleur et comparez les rendements du cycle. Puis conservez la charge quelques heures : l’air chaud refroidit, et sa chaleur emporte de l’énergie.
Équations du module
Équations T_c = T_a·(1 + (π^((γ−1)/γ) − 1)/η_c) d(m·u)/dt = q_in·h_in − q_out·h + UA·(T_a − T) p·V = m·R·T P_e = η_g·q·c_p·(T_in − T_out)
