Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Cycle de Uehara

Afin d'optimiser un cycle de production d'électricité utilisant l'énergie thermique des mers, Uehara a mis au point un nouveau cycle qu'il présente comme une amélioration de celui de Kalina, dont la principale particularité est de simplifier le changement de composition du mélange eau-ammoniac en recourant à une détente étagée avec prélèvement.

Tout comme pour le cycle de Kalina, l'intérêt de ce cycle est de remplacer les évaporations et condensations à température constante du fluide de travail par des évolutions avec glissement de température, et donc de réduire les irréversibilités du système.

Cycle de Uehara

Dans ce cycle, un mélange riche en ammoniac est chauffé dans un économiseur (4-5a) et un vaporiseur (5a-5), dont il sort à l'état diphasique. Les phases vapeur (6) et liquide (7) sont alors séparées, la première étant détendue jusqu'à une pression intermédiaire dans une turbine (6-11).

Une partie de ce flux détendu est recirculée à moyenne pression, puis refroidie (11-12) par échange avec le mélange de base (13-14), auquel elle est mélangée, pour former le fluide de travail, qui est ensuite remis en pression (15-3).

Le flux principal sortant de la turbine HP est détendu jusqu'à la basse pression dans une deuxième turbine (11-10) puis dirigé vers un absorbeur, où il est mélangé avec la fraction liquide (7) sortant du séparateur et préalablement refroidie (7-8) dans le régénérateur par échange avec le fluide de travail sortant de la pompe riche (3-4), puis détendue à la basse pression (8-9).

En sortie d'absorbeur, la mélange de base obtenu est condensé avant d'être comprimé à la pression intermédiaire (2-13).

Modélisation dans Thermoptim

La modélisation d'un tel cycle dans Thermoptim (avec un pincement[1] très faible au niveau du condenseur) conduit à un synoptique du type de celui de la figure ci-dessous.

Synoptique d'un cycle de Uehara dans Thermoptim

Un tel cycle permet de mieux valoriser qu'un cycle fermé classique l'eau froide des profondeurs dont le pompage prélève une fraction non négligeable de la puissance produite (10-15 %) : pour une même température de rejet de cette eau le fluide de travail peut être refroidi à température plus basse du fait du glissement de température du mélange eau-ammoniac.

  1. Pincement

    On appelle pincement d'un échangeur l'écart minimal de température en son sein.

    L'importance du pincement se manifeste surtout dans les problèmes de conception des réseaux d'échangeurs complexes, au point que de puissantes méthodes d'optimisation basées sur cette notion ont été développées.

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