Le principe de base du CAES implique les étapes suivantes :
• Compression :L'air est comprimé de manière adiabatique (c'est-à-dire sans transfert de chaleur significatif vers ou depuis l'environnement) à l'aide d'un compresseur d'air, qui augmente sa température.
• Refroidissement :L'air comprimé est ensuite refroidi à température ambiante à l'aide d'un échangeur thermique, éliminant la chaleur générée lors de la compression et réduisant encore son volume.
• Stockage :L'air comprimé refroidi est ensuite stocké dans une installation de stockage souterraine appropriée, telle qu'une caverne de sel, un réservoir de gaz épuisé ou un aquifère.
• Expansion :lorsque cela est nécessaire, l'air comprimé stocké est détendu à une pression inférieure via une turbine, convertissant son énergie potentielle stockée en énergie cinétique.
• Production d'énergie :L'air détendu passe à travers un générateur, où il fait tourner le rotor et produit de l'électricité.
• Récupération de chaleur :L'air évacué de la turbine contient encore un peu d'énergie sous forme de chaleur, qui peut être récupérée à l'aide d'un échangeur thermique pour préchauffer l'air entrant dans le compresseur. Cela améliore l’efficacité globale du système.
Pour illustrer la formule, considérons un système CAES avec les paramètres suivants :
• Pression atmosphérique initiale : 1 atm
• Pression d'air finale :10 ATM
• Température initiale de l'air :25°C
• Température finale de l'air :35°C
• Rendement des turbines :80 %
• Efficacité du générateur :90 %
• Efficacité globale du compresseur d'air et de l'échangeur thermique :85 %
1. Travail de compression :Le travail nécessaire pour comprimer l’air peut être calculé à l’aide de la formule :
Travail de compression =(P2V2 - P1V1)/n,
où P1 et P2 sont les pressions initiale et finale, V1 et V2 sont les volumes initial et final, et « n » est l'exposant polytropique de l'air (environ 1,4).
2. Travail de refroidissement :En supposant que le processus de refroidissement est isobare (pression constante) et en supposant un transfert de chaleur parfait, le travail nécessaire pour refroidir l'air comprimé est :
Travail de refroidissement =m * C_v * (T2 - T1),
où T1 et T2 sont les températures initiale et finale, m est la masse d'air et C_v est la chaleur spécifique de l'air à volume constant (environ 718 J/kg-K).
3. Récupération de chaleur :La chaleur pouvant être récupérée de l’air évacué de la turbine peut être calculée à l’aide de :
Récupération de chaleur =m * C_p * (T3 - T4), où T3 est la température des gaz d'échappement, T4 est la température de l'air entrant dans le compresseur et C_p est la chaleur spécifique de l'air à pression constante (environ 1004 J/kg-K ).
4. Production d'électricité :La puissance générée par la turbine est donnée par :
Puissance =m * (h1 - h2) *n,
où h1 et h2 sont les enthalpies spécifiques de l'air à l'entrée et à la sortie de la turbine, et $\eta$ est le rendement de la turbine.
L’efficacité globale du système peut alors être calculée comme suit :
Efficacité du système =(Puissance de sortie / Travail de compression + Travail de refroidissement)
En branchant les valeurs numériques données, calculez chacune de ces quantités et déterminez l'efficacité globale du système CAES.
