Modélisation de champs de puits géothermiques en série pour un stockage thermique saisonnier

Ce mémoire est constitué d'une étude sur les méthodes de modélisation du fonctionnement de champ de puits géothermiques en série pour le stockage thermique saisonnier, avec la présentation et la vérification d'un modèle analytique adapté à la simulation de grands ensembles de puits (≥ 100). L'ensemble des modèles existants pour simuler des champs de puits en série destinés au stockage géothermique saisonnier est étudié dans un premier temps, pour identifier quelles solutions il est nécessaire d'implémenter. Un modèle de puits géothermiques en série intitulé NBiS (Network of Borehole in Series) est présenté dans ce mémoire. Le modèle est tout d'abord étudié pour un arrangement simple de deux puits en série comportant un circuit simple ainsi qu'un seul tube en U (modèle NBiS(2)). Puis il est adapté à un cas général où le nombre de puits est choisi par l'utilisateur. Enfin, la dernière version du modèle correspond à nB puits comportant chacun deux circuits indépendants et quatre tuyaux (modèle NBiS(4)), permettant de modéliser des arrangements mixtes composés de branches parallèles comportants des puits en série. Chacune des trois versions du modèle NBiS a été implémentée au sein d'un Type de l'environnement de simulation TRNSYS. Les modèles ont été vérifiés avec succès par le biais de comparaisons inter-modèles. Enfin, un exemple d'application du modèle à la simulation annuelle d'une communauté solaire est présenté, le stockage géothermique étant modélisé par un Type TRNSYS de la suite NBiS.

Abstract

This thesis presents a study of the methods for modeling boreholes in series used for seasonal borehole thermal energy storage, along with a description and verification of an analytical model suited for large bore fields (≥100 boreholes). A detailed study of existing models for seasonal borehole thermal energy storage using in-series bore fields is performed beforehand, to identify modeling needs. A model entitled NBiS (Network of Borehole in Series) is presented in this thesis. As a first step, the model is studied for a simple configuration involving two boreholes each equipped with a single U-tube, linked in a single network (NBiS(2) model). Then, the model is adapted to a case where the number of boreholes is set by the user. Finally, the last version of the model (NBiS(4)model) is suited for nB 4-tubes boreholes piped to form two independent circuits. It also allows the user a mixed configuration with parallel branches of in-series boreholes. Each of the three versions of the NBiS model has been implemented as a Type in the TRNSYS environment. These models have been successfully verified using inter-model comparisons. Lastly, an example of annual simulations for a solar community is presented, where the seasonal borehole thermal energy storage is modeled using a TRNSYS Type of the NBiS suite of models.