Etude technico-économique de l'hybridation d'un stockage de chaleur et de froid pour le CSP et le st F/H (2024-121659)

Description de l'offre

Description de l'offre

Le Groupe EDF, leader mondial dans le secteur de l’électricité, s’engage activement dans la transition énergétique en accélérant le développement des énergies renouvelables (EnR). En 2020, EDF disposait d’une capacité installée d’EnR (hors hydroélectricité) de 13,8 GW et vise à atteindre près de 30 GW d’ici 2030 en combinant divers moyens de production décarbonés.
Le solaire thermodynamique à concentration (Concentrated Solar Power, CSP) est une filière EnR présentant une production d’énergie pilotable grâce à l’intégration d’un système de stockage thermique (Thermal Energy Storage, TES) à sel fondu et l’usage de cycle de conversion d’énergie thermodynamique à vapeur. En 2020, 6 GW de centrales CSP étaient en opération dans le monde.
Par ailleurs, EDF R&D est impliquée dans le projet européen Powder2Power visant à développer des centrales solaires thermodynamiques (CSP) à tours de nouvelle génération utilisant des particules solides.
Afin d’améliorer la performance de la filière CSP et réduire le coût de production d’électricité, EDF R&D travaille sur les concepts des futures centrales.
Une des pistes d’amélioration identifiée est de coupler le CSP avec le photovoltaïque (PV). Par exemple, cela pourrait permettre d’ajouter un stockage de froid en complément du stockage de chaleur pour améliorer le rendement global de l’installation. Cela permettrait de profiter des avantages techniques suivants :
1.
Amélioration du rendement global du stockage (charge et décharge) : Les sels fondus sont limités par une température maximale de fonctionnement au-delà de laquelle leurs propriétés sont altérées de façon permanente. Un moyen d’améliorer le rendement de Carnot d’un système utilisant des sels fondus est donc de diminuer la température de la source froide plutôt que d’augmenter celle de la source chaude. Cela permettrait d’ailleurs de profiter de la capacité à produire du froid avec un coefficient de performance (COP) intéressant. Dans ce contexte, le stockage de froid pourrait s’avérer crucial pour optimiser le rendement d’une centrale hybride combinant l’énergie solaire concentrée (CSP) et l’énergie photovoltaïque (PV).
2.
Optimisation de la conception de la turbine : Celle-ci doit être construite selon le cas où la source froide est de moins bonne qualité, ce qui limite ses performances le reste de l’année. Grace à la modification de la température de la source froide, il serait possible de choisir un design de turbine plus adapté. Ainsi, un stockage de froid, même fonctionnant qu’une faible partie du temps, permettrait d’améliorer les performances du cycle thermodynamique sur l’ensemble de l’année.Le premier objectif du stage sera de qualifier et quantifier ces deux avantages techniques. Une fois cela réalisé, le ou la stagiaire réalisera ensuite une étude technico-économique pour dimensionner les équipements principaux et en déduire le coût de l’installation.

Profil souhaité

Par ailleurs, cette étude technico-économique sera l’occasion de tester le module d’estimation économique nommé APEA (Aspen Process Economic Analyzer) de la suite logicielle ASPEN Plus, référence dans le domaine du génie des procédés, dans le cadre d’une application EnR et stockage.

EDF R&D
fonctionnant qu’une faible partie du temps, permettrait d’améliorer les performances du cycle thermodynamique sur l’ensemble de l’année.
Le premier objectif du stage sera de qualifier et quantifier ces deux avantages techniques. Une fois cela réalisé, le ou la stagiaire réalisera ensuite une étude technico-économique pour dimensionner les équipements principaux et en déduire le coût de l’installation. En effet, l’ajout d’un stockage de froid devrait augmenter ce dernier et il serait donc intéressant de quantifier les performances économiques d’une telle centrale.
Par ailleurs, cette étude technico-économique sera l’occasion de tester le module d’estimation économique nommé APEA (Aspen Process Economic Analyzer) de la suite logicielle ASPEN Plus, référence dans le domaine du génie des procédés, dans le cadre d’une application EnR et stockage.

Le stage consistera en plusieurs étapes :
-Revue bibliographique sur le fonctionnement et les performances des centrales CSP,
-Veille technologique sur le stockage de froid dans l’industrie.
Prise en main du logiciel Aspen Plus et modélisation de la boucle de sel fondu du stockage de chaleur et du cycle thermodynamique d’une centrale CSP avec ASPEN Plus.
-Intégration dans la modélisation d’un stockage de froid en plus du stockage de chaleur.
-Dimensionnement des équipements principaux.
-Calcul des estimations ASPEN APEA et validation sur la base de données de couts internes.
-Etude technico-économique de la partie stockage de chaud et de froid de la centrale CSP.
-Analyser les résultats obtenus et évaluer les opportunités pour la filière et pour le Groupe EDF.
-Restitution du stage (rapport technique, présentations powerpoint).Ce stage constituera une étape supplémentaire pour EDF dans la préparation du futur CSP. Il s’inscrit dans la lignée de nos projets de recherche européens en cours et passés. De plus, le concept peut s’appliquer au stockage d’énergie, considéré comme étant la brique technologique manquante pour l’atteinte d’un mixte énergétique dominé par les énergies renouvelables.
PROFIL/COMPETENCES REQUISES :
Etudiant(e) en deuxième ou troisième année d’école d’ingénieur ou M1/M2 Filières : Energie renouvelables, Electricité, Stockage d’énergie…
Goût pour la recherche
Maîtrise de l’anglais obligatoire
Autonomie, capacité d’analyse, esprit de synthèse et qualité de rédaction
Connaissance en énergétique et génie des procédés

MODALITES :
Durée envisagée : 5-6 mois
Date de début à définir : 2025 site EDF LAB Chatou

RESPONSABLES :
Benjamin Castelnau
e-mail : benjamin.castelnau@edf.fr
Bo Liu
e-mail : bo.liu@edf.fr