Une équipe chinoise optimise la stratégie d'injection d'air pour le stockage d'énergie par air comprimé : le taux de stockage d'énergie atteint 87,5 %

fr.wedoany.com Rapport : Le 28 septembre, une équipe de recherche de l'Université de technologie de Hunan a mené une étude sur le processus d'injection d'air d'un système de stockage d'énergie par air comprimé en cavité souterraine. En établissant un modèle numérique couplé puits-cavité de stockage, l'équipe a simulé les variations de température, de pression et de pertes thermiques sous différentes conditions de débit d'injection, de diamètre de puits et de conductivité thermique de la roche encaissante. Les résultats montrent que, pour une masse totale d'air injecté et une durée d'injection de 8 heures identiques, l'adoption d'une stratégie d'injection à débit croissant linéairement permet d'élever le taux de stockage d'énergie de la cavité de 85,5 % (injection à débit constant) à 87,5 %. Les résultats ont été publiés dans « Case Studies in Thermal Engineering ».

Le modèle d'étude prend simultanément en compte le transport de l'air dans le puits, les propriétés thermophysiques réelles de l'air, la turbulence, l'échange thermique gaz-solide couplé ainsi que le processus de conduction thermique dans la roche encaissante, et a été validé à l'aide des données d'exploitation de la centrale de stockage d'énergie par air comprimé de Huntorf en Allemagne. Le modèle simplifie la cavité de stockage de Huntorf en un cylindre de 20 mètres de rayon et de 112,2 mètres de hauteur. Par rapport aux données mesurées, l'écart maximal de température est de 2,66 K et l'écart maximal de pression de 0,30 MPa.

Dans les simulations paramétriques ultérieures, l'équipe de recherche a défini une cavité de stockage sphérique de 40 mètres de rayon et de 268 000 mètres cubes de volume, reliée à un puits de 30 mètres de long. L'étude a comparé quatre modes d'injection : un débit augmentant linéairement de 10 kg/s à 150 kg/s, une injection segmentée à 110 kg/s pendant les 5 premières heures puis à 30 kg/s pendant les 3 heures suivantes, une injection à débit progressivement croissant avec paliers, et une injection à débit constant de 80 kg/s. Les quatre modes injectent la même masse totale d'air en 8 heures.

Les résultats de simulation montrent que, par rapport au mode à débit constant, l'injection à débit croissant linéairement augmente la température moyenne de l'air dans la cavité d'environ 1 K et la pression moyenne de 0,13 MPa, accroît d'environ 12,7 % le travail obtenu par l'air comprimé, tout en augmentant d'environ 11 % la chaleur transmise par la paroi de la cavité à la roche encaissante. Dans ces conditions, le taux de stockage d'énergie final augmente de 2 points de pourcentage. L'étude a également testé quatre diamètres de puits : 0,5 m, 1 m, 1,5 m et 2 m. Lorsque le diamètre du puits passe de 0,5 m à 2 m, les pertes thermiques à la paroi du puits diminuent de 8,5×10^8 J à 2,5×10^8 J, et la température moyenne de l'air entrant dans la cavité augmente d'environ 1 K.

Les propriétés thermophysiques de la roche encaissante ont également été intégrées à la simulation. L'équipe a utilisé respectivement les conductivités thermiques du basalte (2,17 W/(m·K)), du granite (2,90 W/(m·K)) et du quartzite (5,53 W/(m·K)). Lorsque la roche encaissante passe du basalte au quartzite, les pertes par conduction augmentent d'environ 7 %. L'étude révèle également que, si la paroi de la cavité est simplifiée en condition adiabatique, la température et la pression moyennes sont surestimées respectivement de 1,7 K et 0,05 MPa à la fin de l'injection ; à la fin de la décharge, ces surestimations passent respectivement à 2,2 K et 0,06 MPa.

Cette étude porte sur les performances de stockage d'énergie lors de la phase d'injection d'air dans une cavité de stockage souterraine. Les résultats proviennent de simulations numériques et n'intègrent pas l'efficacité des équipements de surface tels que les compresseurs et les turbines dans les indicateurs de taux de stockage d'énergie de 85,5 % et 87,5 % mentionnés ci-dessus. L'équipe de recherche s'est concentrée sur la comparaison de trois groupes de paramètres — le mode d'injection, les dimensions du puits et la conductivité thermique de la roche encaissante — et a validé les résultats de calcul de température et de pression du modèle à l'aide des données d'exploitation réelles de Huntorf.