Introduction
Le modèle Thermoptim reprend celui que nous avions présenté lors de l’étude des moteurs alternatifs à combustion interne, en le complétant par deux échangeurs de cogénération.
Dans cette exploration dirigée, nous étudierons une installation de cogénération utilisant le moteur à gaz industriel que nous avons modélisé avec un cycle de Beau de Rochas dans une autre exploration dirigée (ED C-M2-V5b).
Chargement du modèle de cogénération à moteur à gaz industriel
Charger le modèle
Cliquez sur le lien suivant : Ouvrir un fichier dans Thermoptim
Vous pouvez aussi :
- soit ouvrir le Catalogue d'exemples du menu « Fichiers de projet » (CtrlE) et sélectionner le modèle m2.13 dans la liste des modèles du chapitre Mooc CTC 2.
- soit ouvrir le fichier de schéma (Cogen_G_4.dia) grâce au menu “Fichier/Ouvrir” du menu de l’éditeur de schémas, et le fichier de projet (Cogen_G_4.prj) grâce au menu “Fichier de projet/Charger un projet” du menu du simulateur.
Le paramétrage de ce modèle nécessite quelques explications. Pour celles du moteur seul, reportez-vous à l’exploration sur le moteur à gaz (ED C-M2-V5b).
Paramétrage du thermocoupleur connecté à la chambre de combustion, représentant le refroidissement du moteur par les parois du cylindre
Le couplage à la chambre de combustion est effectué en utilisant une fonctionnalité de Thermoptim que nous n’avons pas encore introduite, celle de thermocoupleur.
Un thermocoupleur complète les échangeurs de chaleur en permettant à des composants autres que des transfos “échange” de se connecter à une ou plusieurs transfos “échange” pour représenter des couplages thermiques.
Pour une chambre de combustion, le calcul est effectué pour équilibrer la puissance thermique cédée au fluide de refroidissement, elle-même définie par le rendement de combustion choisi.
Dans cet exemple, il vaut 0,79, ce qui signifie que 21 % de la puissance libérée par la combustion est transférée via le thermocoupleur.
Ouvrez l’écran du thermocoupleur. Il est analogue à celui d’un échangeur, la transfo échange apparaissant à gauche de l’écran sous le nom de “thermal fluid”, et la chambre de combustion à droite, sous le nom de “process”.
Dans ce cas, l’utilisateur ne peut choisir que calculer la température de sortie de la transfo échange à débit donné, et calculer le débit, cette température étant connue.
Dans cet exemple, nous avons choisi de déterminer la température de sortie, le débit de fluide de refroidissement étant connu.
La puissance thermique communiquée à l’eau est de 239 kW.
Paramétrage de l’échangeur sur les gaz d’échappement
Le deuxième échangeur est tout à fait classique. En choisissant une efficacité égale à 0,7, une puissance complémentaire de 221 kW est récupérée.
Calcul des performances du système de cogénération
Calculer le rendement mécanique de l’installation
Calculer le rendement thermique de l’installation
On appelle rendement thermique le rapport de la chaleur cédée à l'extérieur à la puissance thermique fournie au cycle, c’est-à-dire ici à la puissance payante.
Calculer le rendement global de l’installation
On appelle rendement global le rapport de la somme de la puissance mécanique et de la chaleur produites à la puissance thermique fournie au cycle.
Calculer le rapport chaleur/force de l’installation
On appelle rapport chaleur/force le rapport de la chaleur produite à la puissance mécanique produite.
Il est représentatif de la répartition de la production d’énergie entre la chaleur et l’électricité.
Exercices d’application
Calculer les nouvelles performances de l'installation de cogénération pour un taux de compression du moteur égal à 15 et un rendement de la chambre de combustion de 75 % (0,75)
Modifiez le paramétrage de la compression et de la phase de détente en système fermé en entrant 15 au lieu de 12 pour les rapports de compression et de détente, puis cliquez sur Calculer dans chacune de ces transfos.
Modifiez le paramétrage de la combustion en entrant 0,75 au lieu de 0,79 comme rendement de chambre, puis cliquez sur Calculer.
Recalculez ensuite plusieurs fois dans l’écran du simulateur jusqu’à ce que le bilan se stabilise.
Conclusion
Cette exploration vous a permis de découvrir un modèle d’une installation de cogénération avec moteur à gaz et de calculer ses indicateurs de performance.
On appelle rendement mécanique le rapport de la puissance mécanique produite à la puissance thermique fournie au cycle, c’est-à-dire ici de la puissance utile à la puissance payante.