TERM 4/28/2009 Les écoulement de fluide dans l'industrie 1 AUCE 2363 - Cogénération et trigénération 1 COGENERATION ET TRIGENERATION Jean-Marie SEYNHAEVE UCL- Ecole Polytechnique de Louvain Département de Mécanique Jm.seynhaeve@uclouvain.be AUCE 2363 - Cogénération et trigénération 2 • Niveau énergétique et dégradation de l’énergie • La cogénération : principe - qualité • Exemples de cogénération : industrielle et domestique • La trigénération : principe, qualité • Exemple de recherche : le froid solaire… • Conclusions Contenu de l’exposé
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Les écoulement de fluide dans l'industrie 1
AUCE 2363 - Cogénération et trigénération 1
COGENERATION ET TRIGENERATION
Jean-Marie SEYNHAEVEUCL- Ecole Polytechnique de Louvain
Turbine à gaz sans post-combustion 30% 55%Turbine à gaz avec post combustion 20% 68%
Moteur à explosion 35% 50%Moteur diesel 40% 43%
Chaudière à vapeur et turbine à contrepression 15% - 22% 50%-68%
Rendements indicatifs
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Rendements de référence (proposition)
Nouvelles installations
Rendements de référence transitoires (nouvelles installations) (*) Combustible Rendement Rendement thermique de référence électrique Production Production de référence de vapeur d’eau chaude à haute t° ou de vapeur
Gaz naturel 55% 80% 90% Charbon 42% 80% 85% Produits pétroliers 42% 80% 85% Energie renouvelable 22-35% 80% 80% Déchets 22-35% 80% 80% (*) Réductions de 5 à 10% autorisées pour tenir compte de pertes en lignes évitées non considérées ici
Installations existantes
Comparaisons sur base du rendement moyen du parc nationalProblème de disparité entre pays ?
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CogCogéénnéération par ration par moteursmoteurs ààcombustion internecombustion interne
C.V./an: nombre de certificats verts obtenus en 1 anpour une même production Q de chaleur
Comparaison avec d’autres sytèmes de cogénération
EMISSIONS
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Et la Et la trigtrigéénnéérationration ==CogCogéénnéérationration : : ElectricitElectricitéé, , chaleurchaleur
+ production de + production de froidfroid
EnergiePrimaire
Machine deCogénération
Electricité
Pertes
Chaleur
Souce à température
ambiante
Production de froid
Souce à température
ambiante
Production de froid
Q
E
0.600.30
α
α
=
=
CycleTritherme
Cycle àCompression
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Changement de niveau énergétique Cycle à compression
Source froide
Mécanique
Source chaude
max
out in
c
out in
out in
Q ou QCOPW
T ou TCOPT T
=
=−
Électricité
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Cycles “tritherme”Absorption - Adsorption
Absorption (80°C-120°C)eau-ammoniaceau-Bromure de lithium
Adsorption (65°C-80°C)eau-silica gel (zéolites)eau-charbon actif
Technologies basées sur la thermochimie
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Technologies actuelles
• système plus ou moins lourd et complexes (cyclique ads.)• maintenance• Pièces mécaniques en mouvement, fuite (systèmes ouverts)• fluides (ammoniac, choix très limité)• coût• taille et poids (adsorption)
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Exemple de rechercheProjet PROFESSI
PROduction de Froid par Energie Solaire dans un Système IntégréDurée : 3 ans (Février 2007 à Février 2010)
ObjectifÉtudier et optimiser un cycle de climatisation solaire à éjecteur supersonique pour une application résidentielle
Partenaires- UCL/TERM : étude et optimisation du cycle thermodynamique- Ulg/CSL : étude et optimisation de la boucle solaire- Partenaire industriel ESE (Rochefort): intégration technologique
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Cycle tritherme à éjecteur
Thermo-compression
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Calcul CFD (Air)
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Calcul CFD (Air)• Finite volume FLUENT package• Axisymmetric compressible solver• Air as a ideal gas• Roe flux difference splitting (2nd order)• RANS turbulence modeling
According experiments:✤Total (pressures + Temp.) at inlets✤Static pressure at back
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prédictions globales/locales
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prédictions globales/locales
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Banc d’essai en 3D
Evaporator
Generator
Condenser
Ejector
Superheater
Liquid pump
Coriolis
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La réalité.....
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L’éjecteur
3 mm
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Performances: comparaison avec un cycle classique à compression
COPcompression =pF
pc
=Qe
Wc
COPeject =pF
pgen + pp
≈Qe
Qg
Effet thermique
Effet mécanique
Effet thermique
Effet thermique
Comparaison aberrante d’un point de vue thermodynamique...
Définition énergétique du COP
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Comparons des choux avec des choux Définition exergétique du COP
• Exotique• Pas encore mature au niveau industriel
MAIS très intéressante
• Passive (pompe)• Simple• Pas de maintenance (pompe)• Peut être envisagée avec beaucoup de réfrigérants• Très compact• Faible coût• Intégrable dans des systèmes combinés
Challenges:
• Régulation du fonctionnement• Solution plus simple et robuste au niveau de la pompe• Design et fabrication optimisé de l’éjecteur• Evacuation de la chaleur au condenseur• Applications niches