Soutenance publique de thèse de doctorat de l'ETSi

 

Date : vendredi 7 juillet 2023.

Heure : 10h00

Lieu : Salle du Professeur Juan Larrañeta, École Technique Supérieure d'Ingénierie de l'Université de Séville.

Le doctorant Andrés Carro Paulete défendra publiquement sa thèse de doctorat intitulée "Mécanismes d'endommagement et de rupture sous fatigue dans les composites à fibres longues à plis ultra-minces", dirigée par les professeurs Ricardo Chacartegui Ramírez  du Département d'Ingénierie Énergétique de l'Université Technique Supérieure. École d'Ingénierie de l'Université de Séville et Carlos Ortiz Domínguez , du Département d'Ingénierie de l'Université Loyola

Nous sommes actuellement dans une transition du système énergétique mondial, qui cherche à remplacer les sources de production conventionnelles (gaz, pétrole, charbon) par une production 100 % renouvelable. Soutenue par la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans le but d’atténuer les effets du changement climatique, le recours prédominant aux énergies renouvelables apparaît comme un facteur clé en termes de développement des marchés, d’indépendance énergétique et de durabilité. La ressource renouvelable a un caractère stochastique et intermittent, ce qui peut affecter négativement la qualité de l’énergie et la stabilité du réseau électrique. Le stockage de l'énergie, qui permet de combler l'écart quotidien et saisonnier qui existe entre la disponibilité de la ressource renouvelable et la demande énergétique, est la composante nécessaire pour améliorer la flexibilité du système énergétique basé sur une production 100% renouvelable. Le développement de nouveaux systèmes de stockage d’énergie à grande échelle, à haut rendement et à faible coût, utilisant des matériaux bon marché et à faible impact environnemental, est nécessaire pour tirer parti de cette ressource renouvelable.

Cette thèse aborde l'étude de différentes technologies de stockage d'énergie thermique à grande échelle, avec capacité d'impact, à différents niveaux de température et de développement ; dans le but de contribuer au degré d'avancement de nouvelles solutions de stockage d'énergie à haut rendement et à faible impact environnemental, pouvant être intégrées dans de grandes centrales électriques, facilitant l'intégration des énergies renouvelables ; depuis la phase de proposition de l'idée préliminaire, jusqu'à l'élaboration du concept au niveau des maquettes, et avec un support expérimental. L’étude se concentre sur trois technologies prometteuses de stockage d’énergie thermique basées sur le niveau de température. La contribution de recherche est divisée en trois chapitres, chacun dédié à chaque niveau de température.

Le système de stockage d'énergie électrothermique utilisant des cycles transcritiques de dioxyde de carbone (CO2) comme technologie de stockage d'énergie thermique à basse température, au sein des systèmes d'énergie thermique, en est à une étape initiale des niveaux de développement technologique. La validation technico-économique du système de stockage d'énergie à basse température est développée et, comme nouveauté, une étude sur la nouvelle intégration avec le stockage géologique du CO2 est incorporée. Le CO2 capté dans une centrale électrique ou une installation industrielle est utilisé comme fluide de travail dans le cycle thermodynamique proposé pour stocker l'énergie électrique provenant de sources renouvelables sous forme d'énergie thermique et de CO2 dans des formations souterraines, en profitant des hautes pressions utilisées dans le milieu transcritique. cycle de CO2, avec un rendement aller-retour compris entre 40 et 50 %, selon les conditions de fonctionnement.

Le système de stockage d'énergie thermochimique basé sur l'hydroxyde de calcium en tant que technologie de stockage d'énergie thermique à moyenne température est en phase de laboratoire au niveau du développement technologique. Il s’agit d’un système de stockage d’énergie thermochimique basé sur la réaction réversible de déshydratation/hydratation de l’hydroxyde de calcium. Une validation technico-économique du système de stockage d'énergie à moyenne température est développée en détail. Comme nouveauté, les défis technologiques du système sont discutés, en soulignant l'importance de récupérer la chaleur latente de condensation de la vapeur générée lors de la réaction de déshydratation, qui représente 38% de l'énergie solaire thermique qui atteint le réacteur. Des cas extrêmes sont analysés dans lesquels toute la chaleur latente est récupérée et dans lesquels cette chaleur est rejetée dans l'environnement, et différents mécanismes de récupération sont proposés, comme un cycle de Rankine à l'ammoniac ou le stockage de vapeur sous pression, tout en conservant le caractère indépendant de l'environnement. phases de chargement et de déchargement.

Le système de stockage d'énergie thermochimique basé sur le bouclage du calcium en tant que technologie de stockage d'énergie thermique à haute température correspond au système le plus développé parmi les produits thermochimiques aux niveaux de préparation technologique. L'analyse technico-économique réalisée place la technologie dans une position très compétitive par rapport aux autres systèmes de stockage thermique, avec un rendement de conversion thermique en électrique pouvant atteindre 48% et un coût actualisé de l'électricité autour de 100 MWhe. Comme nouveauté, la conception, le développement et les tests de la campagne expérimentale d'une usine pilote à l'échelle kW sont présentés, la première de ce niveau pour la technologie Calcium-Looping, dans laquelle l'auteur était l'acteur principal. La campagne expérimentale place la technologie en phase de développement technologique de démonstration dans un environnement pertinent, développant les réactions de calcination et de carbonatation en quelques secondes dans un réacteur à flux entraîné, dans les conditions de température et de pression du système de stockage à base de Calcium-Looping, qui permettrait l’intégration du système de stockage dans les grandes centrales thermiques.

La structure de la thèse est la suivante. Dans le premier chapitre, dédié à l'introduction, le contexte et les opportunités de recherche détectées sont présentés, les objectifs établis dans la thèse en fonction des opportunités et le champ de l'étude sont délimités, l'état de l'art est analysé et la méthodologie et le plan de recherche basé sur les objectifs établis, ainsi que les résultats dérivés de la thèse et la structure que suit le document sont présentés. Après l'introduction, les contributions à la recherche sont présentées, à travers l'analyse des technologies de stockage d'énergie à grande échelle, pour les hautes, moyennes et basses températures. Il couvre les chapitres 2 (stockage à basse température basé sur des cycles transcritiques de CO2), 3 (stockage à moyenne température utilisant la technologie de l'hydroxyde de calcium) et 4 (stockage à haute température utilisant la technologie des boucles de calcium). Enfin, un chapitre est consacré à la discussion des résultats, des travaux futurs et des conclusions de la recherche. Enfin, les annexes contiennent les publications faites par l'auteur lors du développement de cette thèse de doctorat.