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Évaluation de la performance d’un forage géothermique de conception améliorée.

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Ballard, Jean-Marc; Koubikana Pambou, Claude Hugo; Raymond, Jasmin (2018). Évaluation de la performance d’un forage géothermique de conception améliorée. Documents scientifiques et techniques (I396). INRS, Centre Eau, Terre et Environnement, Québec.

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Résumé

Ce rapport présente les résultats d’un projet de recherche pour évaluer la performance d’un échangeur de chaleur géothermique à conception améliorée. Les tuyaux de l’échangeur de chaleur ont été mis en place dans un forage conventionnel de 15,2 cm (6 pouces) de diamètre et une profondeur de 164.59 m (540 pi). Les tuyaux ont une configuration en double U et ils sont fabriqués en polyéthylène haute densité (PEHD) enrichie de nanoparticules de carbone pour augmenter la conductivité thermique. Il n’y a pas d’entretoises pour séparer les tuyaux. De plus, les tuyaux sont installés dans le puits qui a été laissé ouvert, sans matériaux de remplissage, pour bénéficier des mouvements de convection naturelle qui se produisent dans l’eau lors de l’injection de chaleur. Le projet a été réalisé sur le site des Laboratoires pour l'innovation scientifique et technologique de l'environnement de l’INRS à Québec. L’ensemble des travaux de terrain ainsi que l’analyse des données se sont déroulés de septembre 2017 à mars 2018. Une collaboration avec les compagnies Forage Géothermique et Forage Beaumont & Fils a permis d’installer le nouveau puits géothermique et un autre puits d’observation. Des tests de réponse thermique (TRT) ont été réalisés par l’INRS avec la collaboration et les équipements d’Énergie-Stat. Les données des TRT ont été analysées avec l’équation de la ligne source infinie, couplée au principe de superposition temporelle considérant les variations du taux d’injection de chaleur. La résistance thermique de forage inférée à l’échangeur de chaleur avec un double U a été comparée à celle d’un puits installé avec un seul tuyau en U sur le même site en 2015 (Ballard et al., 2016). L’analyse du TRT réalisée sur l’échangeur de chaleur 2-U indique une conductivité thermique de la sous-surface de 1,72 W/(m-K) et une résistance thermique de forage égale à 0,060 (m-K)/W. En comparaison, l’échangeur de chaleur 1-U installé en 2015 dans le forage d’un diamètre réduit de 4,5 po, sans entretoise et rempli avec un mélange de coulis de bentonite et de sable de silice montre une conductivité thermique de la sous-surface de 1,75 W/(m-K) et une résistance thermique de forage égale à 0,088 (m-K)/W. La résistance thermique calculée selon les critères de conception avec la méthode des multipoles pour un forage de 6 po, avec doubles tubes en U ayant un espacement des tuyaux de 95 mm et des matériaux de remplissage d’une conductivité thermique de 1,2 W/(m-K), serait de 0.057 (m-K)/W. Dans ce calcul, il faut utiliser une conductivité thermique de l’eau plus élevée que la valeur réelle de façon à obtenir une résistance thermique semblable à celle inférée sur le terrain, ce qui démontre que la performance de l’échangeur de chaleur est améliorée par les mouvements de convection dans la colonne d’eau du puits.

Type de document: Rapport
Mots-clés libres: géothermie; échangeur de chaleur; tests;
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 20 mai 2020 13:58
Dernière modification: 20 mai 2020 14:05
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/10318

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