Revue sur les stockage d'énergie thermique horizontal enterré à faible profondeur (HUTES)

Abstract

International audienceUnderground thermal energy storage (UTES) are widely recognised as one of the most promising technologies for building applications due to their high energy efficiency and low operating costs. In recent years, horizontal underground thermal energy storage (HUTES) have gained recognition as effective solutions for storing intermittent renewable energy. In these systems, heat exchangers play a crucial role as heat-conducting media, with a predominantly horizontal distribution. Many notable studies have been conducted in recent years. However, most existing reviews have focused on vertical UTES, addressing their design, performance and applications, as well as horizontal ground heat exchangers integrated into geothermal heat pump systems, named as Horizontal Ground source Heat Pump. A systematic synthesis analysing the thermodynamic performance of HUTES, enabling the use of energy from renewable resources, is therefore essential. This review aims to summarise the experimental benches and analytical and numerical models of shallow HUTES with linear, spring and spiral loops, as well as their advantages and disadvantages. Evaluations and comparisons between different configurations of HUTES are presented. Particular attention is paid to the various internal and external factors influencing the thermal properties of HUTES: geometric parameters, thermophysical properties of different materials, operating and climatic conditions. Finally, conclusions are drawn on the choices to be made in order to develop the most efficient HUTES. Finally, this review offers suggestions for future developments and recommendations for research directions related to HUTES, providing avenues for further research.Le stockage souterrain d'énergie thermique (UTES) est largement reconnu comme l'une des technologies les plus prometteuses pour les applications dans le bâtiment en raison de son rendement énergétique élevé et de ses faibles coûts d'exploitation. Ces dernières années, le stockage souterrain horizontal d'énergie thermique (HUTES) s'est imposé comme une solution efficace pour stocker l'énergie renouvelable intermittente. Dans ces systèmes, les échangeurs de chaleur jouent un rôle crucial en tant que moyens de conduction thermique, avec une distribution principalement horizontale. De nombreuses études notables ont été menées ces dernières années. Cependant, la plupart des analyses existantes se sont concentrées sur les UTES verticaux, abordant leur conception, leurs performances et leurs applications, ainsi que sur les échangeurs de chaleur horizontaux intégrés dans les systèmes de pompes à chaleur géothermiques, appelés « pompes à chaleur géothermiques horizontales ». Une synthèse systématique analysant les performances thermodynamiques des HUTES, permettant l'utilisation d'énergie provenant de ressources renouvelables, est donc essentielle. Cette revue vise à résumer les bancs d'essai expérimentaux et les modèles analytiques et numériques des HUTES peu profonds avec des boucles linéaires, à ressort et en spirale, ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients. Des évaluations et des comparaisons entre différentes configurations de HUTES sont présentées. Une attention particulière est accordée aux différents facteurs internes et externes qui influencent les propriétés thermiques des HUTES : paramètres géométriques, propriétés thermophysiques des différents matériaux, conditions d'exploitation et climatiques. Enfin, des conclusions sont tirées sur les choix à faire afin de développer les HUTES les plus efficaces. Enfin, cette étude propose des suggestions pour les développements futurs et des recommandations pour les orientations de recherche liées aux HUTES, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles recherches