Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

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

Introduction

Thème 1 : Cycles à énergies renouvelables

Cycles à énergie solaire

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

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

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.

ED C-M4-V3 Centrale géothermique à simple flash

Thème 2 : Autres cycles

Cycles nucléaires à haute température (HTR)

HTR vient de l'anglais High Temperarure Reactor

Cycles nucléaires à haute température (HTR)

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

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.

ED C-M4-V5 Cycle à oxygène Oxyfuel

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

copyright R. Gicquel v2019.4

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