Présentation de l’exercice

L’objectif de l’exercice est de modéliser une centrale dans Thermoptim et d’en déterminer les performances

Cet exercice se décompose en trois parties :

• dans la première (séance S26), on a fait l’hypothèse que la machine ne comporte qu’un seul circuit.
• dans la deuxième partie (celle-ci), on tient compte d’une resurchauffe et d’un prélèvement qui prennent place dans les machines industrielles. Le modèle est alors beaucoup plus réaliste.
• dans la troisième partie (séance S28), on analyse quantitativement les irréversibilités des deux cycles en dressant leurs bilans exergétiques.

• énoncé de l’exercice (pdf, 5 Ko)

Comparaison avec le cycle de Carnot

Centrales à vapeur

• Comparaison Carnot

  • (1-a-d-e) ou (1-b-3-4) irréalisables (pressions trop grandes)
  • (f-c-d-e) impossible technologiquement (détente diphasique)

Améliorations du cycle de base

• Resurchauffe (réchauffe)

  • para-isotherme

Améliorations du cycle de base

• prélèvements (soutirages)

  • régénération partielle
  • seulement si température rejets élevée
  • (pas intéressant dans les cycles combinés)

Centrales à vapeur

Cycle à prélèvement et resurchauffe

Cycle à prélèvement et resurchauffe

Paramétrage du modèle

Lorsque les éléments du simulateur sont créés, Thermoptim initialise tous les points avec une pression de 1 bar et une température de 300 K, qu’il faut ensuite modifier en fonction des données du problème que vous étudiez.

L’activité suivante va vous montrer comment paramétrer le diviseur, puis la suivante vous rappellera les valeurs que vous devrez saisir dans les points et transfos de Thermoptim.

Cycle à prélèvement et resurchauffe

Paramétrage des points et transfos

Paramétrez maintenant un à un les différents points, en veillant bien à entrer les valeurs de la température connue (point 4a), ainsi que celles des pressions (points 4a, 3c, 2, A et B), car Thermoptim ne les détermine pas automatiquement. Pour cela, opérez comme suit :

• ouvrez le point 4a, et entrez une pression de 15 bars, puis cliquez sur “Calculer”
• ouvrez ensuite le point 2, et entrez une pression de 15 bars, puis cliquez sur “Calculer”
• ouvrez le point 3c et entrez une pression de 15 bars et une température de 542 °C, puis cliquez sur “Calculer”
• ouvrez le point A et entrez une pression de 15 bars, puis cliquez sur “Calculer”
• ouvrez le point B et entrez une pression de 169 bars, et calculez-le

Paramétrez ensuite les transfos, pour lesquelles les options par défaut s’appliquent : les nouvelles compression et détente sont adiabatiques, calculées par rapport à la référence isentropique, et leurs rendements isentropiques sont connus. Pour cela, opérez comme suit :

• ouvrez la transfo “turbine HP”, entrez un débit de 215 kg/s, et cliquez sur “Calculer”, ce qui détermine le point 4a à 230 °C
• recalculez le diviseur pour mettre à jour ses branches
• ouvrez la transfo “resurchauffe”, changez son type d’énergie en “payante”, et calculez-la. Les températures des points amont et aval étant connues, la chaleur mise en jeu est calculée
• ouvrez la transfo “turbine BP”, et entrez un rendement isentropique de 0,85, puis cliquez sur “Calculer”, ce qui détermine le point 4 à la température de saturation (29 °C) et un titre de 0,979
• calculez le mélangeur, ce qui détermine la température du point A (127,3 °C)
• ouvrez la transfo “compression liq 2”, dont le rendement isentropique est par défaut égal à 1, puis cliquez sur “Calculer”, ce qui détermine la température du point B (128,65 °C)

Recalculez le projet plusieurs fois à partir de l’écran du simulateur, pour que toutes les transfos soient mises à jour.

Cycle à prélèvement et resurchauffe

Récapitulatif

Cet exercice vous a permis de modéliser de manière un peu simplifiée mais déjà réaliste (cycle avec réchauffe et un seul prélèvement) une centrale électrique de 300 MW du type de celle décrite dans l’article B1 250 des Techniques de l’Ingénieur.

Relisez le récapitulatif de la séance 26 pour vous remémorer l’importance de savoir porter un regard critique sur les résultats fournis par un progiciel, et référez-vous éventuellement à la note intitulée “Méthodologie de construction et de vérification des modèles” (voir lien ci-dessous).

Le nouveau modèle est plus compliqué que le précédent : il introduit un prélèvement à moyenne pression et fait intervenir un diviseur et un mélangeur.

Nous avons choisi un paramétrage qui nous a semblé réaliste, mais qui n’est pas le seul possible, notamment car la nouvelle configuration ajoute deux degrés de liberté au modèle : le niveau de la pression et le débit de soutirage.

À titre d’exercice, vous pouvez effectuer une étude de sensibilité sur l’influence de ces deux paramètres sur les performances du cycle.

Vous montrerez ainsi qu’il existe une limite supérieure au débit du prélèvement, qui correspond au cas où l’eau au point A devient diphasique. Thermoptim refuse alors de calculer la deuxième compression.

• corrigé de l’exercice (zip, 3 Ko)
• Méthodologie de construction et de vérification des modèles (pdf, 96 Ko)