Conception d'un banc d'essai pour l'évaluation expérimentale d'un prototype de batterie de Carnot

La nécessité d’accroître la proportion des sources d’énergie renouvelable intégrées dans le réseau électrique va de pair avec l’impératif d’améliorer la flexibilité du réseau. Outre la gestion de la demande, l’augmentation de la capacité de stockage est fondamentale. Face au besoin croissant d’une méthode de stockage de l’énergie électrique à faible coût, l’attention s’est récemment tournée vers des concepts de stockage alternatifs tels que les batteries de Carnot. Au sein des batteries de Carnot, les systèmes de stockage d’énergie par pompage thermique (Pumped Thermal Energy Storage, ou PTES) s’érigent comme alternative prometteuse. Ces systèmes reposent sur l’absorption d’énergie électrique (et éventuellement thermique) lors d’une phase de charge, ensuite stockées sous forme thermique, avant d’être restituées à nouveau sous forme électrique et thermique lors d’une phase de décharge. Les processus de charge et de décharge reposent généralement sur des cycles thermodynamiques, dont le type est déterminé par les niveaux de température du stockage. Pour la phase de charge, un chauffage résistif peut également être utilisé, bien que son emploi entraîne une diminution de l’efficacité globale du système. Enfin, en ce qui concerne le stockage, celui-ci peut être basé sur un stockage sensible ou latent, en fonction de la température de stockage envisagée. Lorsqu’ils sont couplés à une source d’énergie renouvelable, les systèmes PTES constituent une alternative durable aux génératrices au diesel traditionnellement utilisées dans les réseaux autonomes en milieu isolé. Cette solution revêt une importance particulière dans le contexte nord-québécois, où la réduction de la dépendance aux combustibles fossiles est un enjeu majeur.

Le projet de recherche proposé consiste en la conception et l’installation d’un banc d’essai dédié à l’évaluation expérimentale d’un prototype de batterie de Carnot. Ce banc d’essai sera intégré au Centre de Technologie Thermique (CTT) de l’École de Technologie Supérieure et servira de plateforme expérimentale pour l’étude des performances et des dynamiques de ce type de stockage énergétique.

Les objectifs principaux de cette installation sont les suivants :

• Caractérisation des cycles de fonctionnement : Le banc d’essai permettra d’analyser en détail les différentes phases du cycle de la batterie de Carnot, incluant la charge, le stockage et la décharge. Des mesures seront effectuées afin d’évaluer les performances thermodynamiques du système, notamment le rendement énergétique, les pertes thermiques et la stabilité des cycles au fil du temps ;
• Évaluation des matériaux de stockage : L’un des enjeux majeurs de ce prototype est d’évaluer le potentiel de différents matériaux en tant que supports de stockage thermique. Des essais comparatifs seront menés sur plusieurs matériaux, en tenant compte de leurs propriétés thermophysiques (capacité thermique, conductivité, stabilité à haute température, etc.) et de leur faisabilité technique et économique pour une intégration dans des systèmes de batteries de Carnot à grande échelle.

Les objectifs du projet de recherche sont :

• Effectuer une revue de littérature approfondie sur les prototypes de batteries de Carnot existants afin d’identifier les concepts existants et les technologies utilisées ;
• Définir la structure du banc d’essai, en précisant l’architecture globale du système et les configurations expérimentales possibles ;
• Sélectionner les équipements nécessaires, incluant les composants mécaniques et thermiques, les capteurs de mesure, les cartes électroniques pour l’acquisition des données, ainsi que les systèmes de contrôle et de gestion du banc d’essai ;
• Réaliser des devis auprès de différents fournisseurs afin d’établir un budget détaillé et d’optimiser le choix des équipements en fonction des contraintes techniques et financières du projet ;
• Collaborer avec les parties prenantes de l’École de Technologie Supérieure pour assurer la faisabilité technique et logistique de l’installation du prototype, en tenant compte des exigences en matière de sécurité, d’infrastructure et de raccordement aux équipements du CTT.