Cycles innovants à faible impact environnemental
Quatrième module
Dans le quatrième module, vous travaillez sur des modèles de cycles innovants à faible impact environnemental : cycles à énergie solaire, énergie thermique des mers, installations de géothermie, cycles nucléaires à haute température (HTR), cycles à oxycombustion.
Son volume horaire est d'environ 3 h de travail, dont 35 mn de vidéos. Il correspond aux deux premiers thèmes de la quatrième semaine du MOOC.
Introduction du module
Thème 1 : Cycles à énergies renouvelables
Cycles à énergie solaire
Vous trouverez une présentation des cycles à énergie solaire dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
Remarques
Le composant permettant de modéliser le capteur solaire à concentration de l'exploration dirigée fait partie de la modélothèque de Thermoptim.
Exploration dirigée C-M4-V1
Ouvrez l'exploration dirigée C-M4-V1 Centrale solaire à micro-TAG et suivez les indications qui vous sont données.
Ce document pdf correspond à cette exploration.
ED C-M4-V1 Centrale solaire à micro-TAG
Piste d'approfondissement : Moteurs Stirling
Vous trouverez quelques compléments sur les moteurs Stirling à cette adresse.
Piste d'approfondissement sur une centrale solaire du type SEGS
Vous trouverez des compléments sur la modélisation d'une centrale solaire du type SEGS dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
Les systèmes à énergie solaire présentent la particularité de devoir s'adapter à une ressource énergétique fluctuante, ce qui implique des méthodologies de calcul particulières, présentées dans une section du portail Thermoptim-UNIT, à laquelle vous pouvez vous référer si ce sujet vous intéresse.
Énergie thermique des mers
Vous trouverez une présentation des cycles à énergie thermique des mers dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
Remarques
Un modèle de cycle organique de Rankine ORC utilisé pour valoriser l'énergie thermique des mers a fait l'objet de l'exploration dirigée C-M1-V9 proposée en semaine 1.
Une exploration dirigée sur un cycle géothermique à flash est proposée un peu plus loin.
Pour vérifier votre compréhension de ce qui vient d'être dit, nous vous proposons les activités suivantes :
Installations de géothermie
Vous trouverez une présentation des cycles géothermiques dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
Remarques
Le cycle dit binaire n'est autre qu'un cycle organique de Rankine ORC du type de ceux qui ont été présentés pendant la première semaine de ce cours.
Exploration dirigée C-M4-V3
Ouvrez l'exploration dirigée C-M4-V3 Centrale géothermique à flash et suivez les indications qui vous sont données.
Ce document pdf correspond à cette exploration.
Thème 2 : Autres cycles
Cycles nucléaires à haute température (HTR)
HTR vient de l'anglais High Temperarure Reactor
Vous trouverez dans le portail Thermoptim-UNIT des présentations :
Remarques
Vous avez peut-être été surpris par l'importance de la consommation d'énergie du compresseur destiné à vaincre les pertes de charge dans l'échangeur intermédiaire IHX, alors que nous avons jusqu'ici toujours fait l'hypothèse dans les modèles précédents qu'elles étaient négligeables.
Dans ce modèle, l'IHX est dimensionné afin que l'écart de température entre le fluide primaire (l'hélium) et le fluide secondaire (le mélange azote - hélium) ne dépasse pas 50 °C.
Comme ces deux fluides sont des gaz et comme la puissance thermique à transférer est très importante, les sections de passage dans l'échangeur sont petites pour augmenter les coefficients d'échange thermique, ce qui fait que les pertes de charge sont élevées.
Exploration dirigée C-M4-V4
Ouvrez l'exploration dirigée C-M4-V4 Centrale nucléaire à haute température à échangeur intermédiaire et suivez les indications qui vous sont données.
Ce document pdf correspond à cette exploration.
ED C-M4-V4 Centrale nucléaire à haute température à échangeur intermédiaire
Piste d'Approfondissement sur les cycles nucléaires
Vous trouverez des compléments sur les cycles nucléaires dans cette page qui présente la filière nucléaire et les principaux types de réacteurs en service ou à l'étude.
Cycles à oxycombustion
Vous trouverez une présentation des cycles à oxycombustion dans cette page du portail Thermoptim-UNIT
Remarques
Le paramétrage de la chambre de combustion est très simple : le facteur d'air est supposé égal à 1 et on cherche à calculer la température de de fin combustion.
En pratique, on joue sur le débit d'oxygène, en amont du mélangeur qui détermine la composition et le débit de la transfo "entrée de comburant", pour obtenir la température de fin de combustion désirée.
Le paramétrage du générateur de vapeur récupérateur qui couple le circuit de la turbine à gaz et celui de la turbine à vapeur est tout à fait analogue à celui du cycle combiné qui fait l'objet de l'exploration dirigée C-M3-V1.
La batterie de refroidissement avec condensation modélisée par le composant ColdBattery se comporte comme un diviseur recevant le mélange humide (CO2-H2O) en entrée, et dont sortent deux fluides : de l'eau et le CO2 plus sec. Le refroidissement est assuré par un fluide non représenté dans notre modèle, le couplage thermique étant effectué par un thermocoupleur. Ce composant fait partie de la modélothèque de Thermoptim.
Exploration dirigée C-M4-V5
Ouvrez l'exploration dirigée C-M4-V5 Cycle à oxygène Oxyfuel et suivez les indications qui vous sont données.
Ce document pdf correspond à cette exploration.
Connaissances acquises
Grâce à ce programme, à la fin du module et du MOOC, vous devriez être en mesure de :
décrire la typologie et les principes de calcul des composants simples (y compris leurs caractéristiques technologiques)
identifier, pour chacun d'entre eux, l'origine des irréversibilités et les axes d'amélioration
expliquer les principales raisons qui ont conduit au choix des architectures des cycles étudiés
analyser l'influence des principaux paramètres constructifs sur les performances des systèmes énergétiques étudiés
Vous devriez donc maîtriser les savoir-faire suivants :
pouvoir paramétrer un modèle relativement simple dans Thermoptim et en calculer les performances
savoir tracer son cycle dans le diagramme (h, ln(P)) et vérifier sa cohérence
savoir paramétrer un échangeur de chaleur
savoir calculer une combustion