Présentation de l’exercice
Cet exercice prolonge l’exercice sur les cycles à vapeur :
Dans un premier temps, nous dresserons le bilan exergétique du cycle simple étudié précédemment, en utilisant le tableur présenté dans la séance S06, à laquelle nous vous recommandons de vous référer.
Nous vous suggérons aussi d’avoir à portée de main le document pdf sur les bilans exergétiques fourni dans les ressources (cliquez sur le lien ci-dessous) :
Cycles / Bilans exergétiques
Ce document donne quelques indications sur les difficultés qui existent lorsque l’on cherche à établir le bilan exergétique d’un cycle un peu complexe.
Ensuite, nous étudierons le bilan exergétique du cycle à vapeur à prélèvement et resurchauffe, qui permet d’obtenir de meilleures performances.
Référence cours :
- “Bases de Thermodynamique / Deuxième principe”
- “Cycles / Bilans exergétiques”
- tome 1, section 2.5, tome 2, section 1.2
Pour suivre la présentation, passez à l’étape suivante.
(Séance réalisée le 22/02/05 par Renaud Gicquel)Bilan exergétique cycle simple
Analyse du bilan exergétique
Le bilan exergétique indique un rendement exergétique de 48,8 %. En tenant compte d’un rendement exergétique de chaudière de 70 % environ, la valeur ne serait que de 34 %.
La répartition des pertes globales montre que, en dehors des irréversibilités de combustion qui ne sont pas ici comptabilisées, ce sont les pertes au niveau de l’économiseur qui sont les plus importantes (48,2 %). Cela vient de ce que l’on utilise des gaz à 1000 °C pour chaffer de l’eau à basse température (à partir de 30 °C environ)
Les pistes d’amélioration des cycles à vapeur se déduisent de ce bilan exergétique :
- augmenter la température moyenne du cycle en procédant à des resurchauffes.
- chauffer l’eau à basse température par régénération interne avec de la vapeur partiellement détendue, qui conserve une enthalpie suffisante pour qu’un faible prélèvement puisse chauffer la plus grande partie du débit.
Cycle à vapeur avec prélèvement et resurchauffe
Analyse du bilan exergétique
Le bilan indique un rendement exergétique de 50,5 %. En tenant compte d’un rendement exergétique de chaudière de 70 % environ, la valeur ne serait que de 35 %.
La répartition des pertes globales montre que, en dehors des irréversibilités de combustion qui ne sont pas ici comptabilisées, ce sont les pertes au niveau de l’économiseur qui restent les plus importantes(28,6 %), bien qu’elles aient beaucoup diminué par raport au cycle simple. L’irréversibilité de mélange, non négligeable, montre que le choix du niveau de température du prélèvement n’est pas optimal. Dans une centrale réelle, on réaliserait 6 à 9 prélèvements à différents niveaux de température, en prenant bien garde à minimiser les irréversibilités de mélange.
Les pertes des autres échangeurs sont à peu près du même ordre, mais leur total est considérable, compte tenu de l’écart de température entre la source chaude et la vapeur d’eau.
Seuls les cycles combinés permettent aujourd’hui de valoriser le potentiel exergétique de la combustion, comme nous le verrons dans une prochaine séance.
Les fichiers de résultats Thermoptim des deux cycles et le tableur permettant de calculer les bilans exergétiques sont donnés dans l’archive téléchargeable ci-dessous.
Vous avez dû remarquer deux anomalies apparentes dans le bilan exergétique :
Pour les deux compressions liquides isentropiques, dxhi devrait être nul. Les deux valeurs de –14 et 23 proviennent des erreurs purement numériques tolérées lors de l’inversion de l’entropie (comparez les valeurs de s1 et s2 et de sA et sB), qui sont amplifiées ici du fait que les travaux de compression sont très faibles. La dernière colonne montre bien qu’elles sont négligeables. Nous les avons conservées pour vous sensibiliser à ce genre de petites difficultés.