Dimensionnement et contrôle de systèmes de récupération de

DIMENSIONNEMENT ET CONTRÔLE DE s
SYSTÈMES DE RÉCUPÉRATION DE CHALEUR
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TYPE POMPE À CHALEUR ET ORC m
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6 novembre 2013 Journée SimulaDon Energie et BâDments, CENAERO Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 1 Cycles de Rankines Organiques Waste heat recovery or renewable energies: solar, biomass, geothermal s
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Evolu,on marché des ORC (puissance installée (MW) et nombre unités Electricity/
mechanical power Heat Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique Courbes de satura,on de différents fluides organiques 2 PotenDel de récupéraDon de chaleur ²  Cimenteries: refroidissement des clinkers ²  Verreries ²  Sidérurgie: coulées conDnues, fours à arc, fours de réchauffage des brames, etc. ²  StaDons de recompression du GN Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique Source: ORMAT ²  Moteurs à combusDons interne ²  Incinérateurs de déchets ²  (solaire, géothermie, biomasse) Source: Ener,me s
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Cuppola furnace Flue gases at 200°C ORC: 870 kWe Clinker cooler air at 275°C ORC: 1.3 MWe Sea-­‐going vessel ORC: 500 kWe Source: OPCON 3 PotenDel de récupéraDon de chaleur s
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•  2705 MW of ORC gross power •  21.6 TWh per year of electricity producDon •  ~2% of the European Industry consumpDon •  Market size: 8-­‐9 billion euro Source: Campana et al., ORC waste heat recovery in European energy intensive industries: Energy and GHG savings Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 4 PotenDel de récupéraDon de chaleur ²  Quelle technologie de valorisa,on de chaleur u,liser? s
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HIGH TEMP. HEAT PUMP Source: Gaia, 2011 Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique Sea to district heaXng HP 180 MW th Source: Friotherm 5 SimulaDon dynamique ²  Des condiDons limites qui varient dans le temps requièrent des stratégies de contrôle opDmales. s
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Exhaust gases from vehicles: Ø  Maximiser performance Ø  Assurer intégrité installaDon/
opérareur Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 6 SimulaDon dynamique Contrôle traditionnel
Contrôle optimisé
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Ø  On doit passer par la simulaDon dynamique des systèmes thermiques pour définir ces stratégie de régulaDon opDmale Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 7 Librairie ThermoCycle ü  Modelica: Open-­‐source language for the modeling of complex mulDphysics systems. s
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ü  Acausal language n
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ü  ThermoCycle => Open-­‐source Library for the modeling of thermal systems ü  Cross-­‐Plakorm ü  Special focus on thermodynamic cycles ü  ComputaDonal efficiency and robustness are key aspects of the library ü  CoolPropr Library: 110 fluids and pseudo-­‐pure fluids Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 8 Librairie ThermoCycle ² Modelica est un langage acausal Exemple: modèle d’expanseur pour un ORC e
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Inputs Outputs Mass flow rate RotaDng speed Outlet pressure Inlet temperature Inlet pressure Torque Outlet temperature Inlet pressure Torque Outlet pressure Inlet temperature Mass flow rate RotaDng speed Outlet temperature Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique s
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9 Librairie ThermoCycle Exemples de modèles ü  Modèles de pompes et turbines: leur dynamique est négligeable face à celle des échangeurs de chaleur Ø  pas nécessaire d’uDliser des modèles détailles 80 Ø  un modèle empirique est suffisant s
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Expander isentropic efficency [%] e
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75 70 65 2000 rpm (12 bar) 60 2500 rpm (12 bar) 55 3000 rpm (12 bar) 50 2,5 3,5 4,5 3500 rpm (12 bar) 5,5 6,5 7,5 Pressure raXo [-­‐] Parameters idenDfied based on experimental data Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 10 Librairie ThermoCycle Exemples de modèles Modèles d’échangeurs de chaleur, de type volumes s
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finis et fronDère variable e
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Echangeurs contre-­‐courant -­‐  Evaporateur -­‐  Récupérateur -­‐  Préchauffeur -­‐  … Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique Echangeurs courants croisés -­‐  Condenseur refroidi à air -­‐  Radiateur de véhicule -­‐  … 11 Librairie ThermoCycle Affichage des simula,ons s
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Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 12 Conclusions ²  Important potenDel de récupéraDon de chaleur en industrie s
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²  Cepe chaleur peut être valorisée via des PAC et des ORC e
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²  SimulaDon dynamique est cruciale pour opDmiser les stratégies de régulaDon de ces systèmes n
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²  L’ULg a développé une bibliothèque (ThermoCycle) de modèles de simulaDon de systèmes thermiques (actuellement, principalement des ORCs) Ø  Dans le langage Modelica Ø  Bibliothèque en téléchargement libre Ø  Bibliothèque ThermoCycle couplée à la librairie de propriétés thermodynamiques (+ propriétés de transport) CoolProp. Ø  Librairie progressivement étendue aux PAC et à l’HVAC Vincent Lemort Laboratoire de Thermodynamique 13 Conclusions Merci pour votre aaenXon! s
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Pour plus d’informaDons sur le Laboratoire de Thermodynamique: [email protected] Pour plus d’informaDons sur ThermoCycle, contacter son développeur principal: [email protected] Remerciement: n
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