Les avantages du stockage d'énergie thermique pour les applications de la chaîne du froid

Le stockage d'énergie thermique a été l'un des thèmes phares de la 7ème conférence internationale de l'IIF sur la durabilité et la chaîne du froid qui s'est déroulée en avril 2022. 

 

• Z. Ure (1) a rappelé que le TES, qui est le stockage temporaire d'énergie à haute ou basse température en vue une utilisation ultérieure, permet de combler l'écart temporel entre les besoins énergétiques et la consommation d'énergie. En faisant fonctionner les machines frigorifiques pendant les heures creuses, il est possible de bénéficier de tarifs énergétiques plus bas, ce qui peut réduire considérablement le coût d'exploitation global de nombreuses applications de la chaîne du froid. De plus, l’utilisation des températures ambiantes nocturnes plus basses permet une consommation d'énergie nettement inférieure à celle de la journée. Par conséquent, une technique de transfert de charge par TES permet de réduire non seulement les coûts de fonctionnement, mais grâce à l'utilisation de l’énergie en heures creuses et au fonctionnement dans des conditions ambiantes plus basses, il est possible d'obtenir des avantages environnementaux et économiques considérables. 
• C. Parker et B. Churchyard (2) ont présenté les résultats d'une étude des coûts d'intégration des matériaux à changement de phase (PCM) dans plusieurs secteurs d’activité d'ASDA, un détaillant basé au Royaume-Uni. Le modèle développé montre que les véhicules de transport diesel, y compris pour la livraison à domicile et les poids lourds, permettent de réaliser les économies financières les plus importantes et ont une durée d’amortissement favorable en raison du coût relativement élevé du diesel par kWh d'énergie utilisable. Cependant, les chambres froides situées dans les magasins de détail et les dépôts ont une durée d’amortissement relativement longue au moment de l'étude. 
• Le transport et le stockage des aliments dans une caisse isotherme équipée de PCM sont courants pour la livraison du dernier kilomètre du fait d’une mise en œuvre facile et à faible coût. Cependant, des problèmes de maintien des températures recommandées et d'hétérogénéité des températures sont souvent observés en pratique. À l’issue d’une étude expérimentale, T. Leungtongkum et al (3) concluent que la position du PCM est un facteur déterminant des zones les plus froides et les plus chaudes tandis que la présence d’un espace en dessous de la charge diminue l’hétérogénéité de la température à cœur de celle-ci.  
• Dans ce même domaine, A. Ilangovan et al. (4) ont évalué expérimentalement les performances thermiques d'un nouveau prototype de caisse d'emballage de fruits avec des PCM incorporés dans des alvéoles. À partir de l'évolution de la température des produits au cours des processus de refroidissement et de chauffage, il a été vérifié que ce nouveau prototype était particulièrement adapté pour prolonger la durée de conservation des pêches en dehors de la chambre de stockage. Lorsqu'il est utilisé avec les alvéoles contenant des PCM, les résultats sont encore plus significatifs, permettant de conserver les pêches dans des conditions adéquates pendant une période plus longue encore. 
• Dans le domaine du transport frigorifique et de l’isolation des parois de la caisse des véhicules, grâce à des simulations numériques CFD, M. Calati et al. (5) ont étudié l'effet de l'incorporation d'une couche de PCM de 0,5 cm dans une couche d'isolation traditionnelle en polyuréthane de 5 cm. Le profil d'irradiation solaire horaire a été obtenu pour une journée d'été typique en Italie dans le but d'estimer et d'appliquer les charges thermiques externes pour un itinéraire quotidien de camion de référence de 10 h. Avec une charge de 25 % de produits alimentaires, la température de l'air est restée inférieure à 3 °C pendant environ 7 heures (presque le double de la période par rapport au scénario avec une caisse frigorifique vide), atteignant un maximum de 6 °C à la fin de la simulation. La chaleur de la respiration n'a pas affecté de manière significative le potentiel élevé du système TES proposé, même si elle a joué un rôle dans l'augmentation de la température des aliments. De plus, pour un camion de 6 m de long, seuls quelque 100 kg de PCM sont nécessaires. 

 

Sources

(1) Ure Z., Thermal Energy Storage for Cold Chain Applications, link. 

(2) Parker C. et al., Theoretical Impact of Phase Change Materials in Food Cold Storage and Delivery, link.

(3) Leungtongkum T. et al., Optimization of Food Transportation and Storage in an Insulated Box: Effect of Phase Change Material Position and Spacing Underneath the Load, link. 

(4) Ilangovan A. et al. Improving the Thermal Performance of Fruit Packaging Boxes by Using Alveolus with Phase Change Material, link.

(5) Calati M. et al. Passive System Based on PCM for Thermal Management of Refrigerated Trucks, link.