Simulation des performances énergétiques d’un stockage souterrain à faible profondeur pour valoriser l’énergie solaire
La transition vers des systèmes énergétiques décarbonés exige des solutions innovantes pour gérer l’intermittence des énergies renouvelables, notamment du solaire thermique basse température. Dans cette étude, on s'intéresse à un système de stockage saisonnier à faible profondeur, utilisant des matériaux naturels (eau, sable) et un échangeur de chaleur horizontal enterré. L’objectif est de capitaliser sur l’excédent de chaleur produit entre mai et septembre pour préchauffer un fluide caloporteur en période froide. Pour évaluer la faisabilité, la robustesse et l’efficacité de ce stockage thermique souterrain, un modèle numérique dynamique a été développé sur le logiciel TRNSYS. Une analyse de sensibilité approfondie a ensuite été réalisée à l’aide de la bibliothèque SaLib sur Python, pour évaluer l’influence de paramètres critiques, en appliquant les méthodes Morris (pour le criblage des paramètres) et Sobol (pour l’analyse quantitative des variances). Ces analyses ont été réalisées sur un critère énergétique : l’énergie stockée et restituée par le système, évaluée selon trois scénarios distincts : Charge unique sur 3 mois avec des données météo fixées ; Charge et décharge quotidiennes sur 6 mois avec des données météo fixées ; Charge sur 6 mois (de juin à novembre) avec des données météo réelles et des données terrain issues de capteurs thermiques. Plusieurs campagnes d’analyse ont permis de dégager des résultats majeurs : - Paramètres opératoires : Les températures d’entrée lors des phases de charge et de décharge ont un impact limité sur les performances du stockage, contrairement à l'isolation et l'épaisseur du sol au-dessus du stockage, qui s’avèrent déterminants. - Isolation : L’épaisseur de l’isolant doit être de quelques centimètres, indépendamment de sa nature. - Géométrie de l’échangeur : L’augmentation du nombre de tubes par niveau de sable améliore significativement le stockage thermique. Cependant, un compromis doit être trouvé entre le nombre de tubes et leur espacement pour éviter les interférences et maximiser les transferts thermiques. Ces résultats alimentent une approche d’optimisation multi-objectifs, visant à concilier performance énergétique, viabilité économique et durabilité environnementale. Cette méthodologie vise à dimensionner le système de manière optimale, en intégrant des contraintes techniques et opérationnelles.
Article
PDF : download