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Micro-cogénération solaire par moteur thermo-hydraulique

Micro-cogénération solaire par moteur thermo-hydraulique. Sylvain MAURAN Rémy BORGOGNO Journée Micro-cogénération Jeudi 23 Janvier 2014. CNAM Paris. M. Application : Micro-cogénération pour l’habitat Choix de la source, du puits de chaleur et du cycle moteur.

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Micro-cogénération solaire par moteur thermo-hydraulique

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Presentation Transcript

  1. Micro-cogénération solaire par moteur thermo-hydraulique Sylvain MAURAN Rémy BORGOGNO Journée Micro-cogénération Jeudi 23 Janvier 2014. CNAM Paris

  2. M Application : Micro-cogénération pour l’habitat Choix de la source, du puits de chaleur et du cycle moteur Capteurs solaires : plans, à tubes sous vide ? Tsc Th Tb Tpf • Radiateur BT • Plancher chauffant • Ambiance extérieure Puits froid : (hiver / été)

  3. M c Machine ditherme motrice thermo-hydraulique : CAPILI moteur (2ème type) EVc’ EVc EVd ’ EVd d ’ d Tb Cond Th x EVe - RANKINE : a’b’c’d’ (avec irréversibilités durant b’→b et c → c’) - CAPILI (CArnot à PIston LIquide) : abcd CLa Evap BCA a b CT ’ CT Ln(P) Th b b’ c c’ EVr Ph CL’b CLb x a’ Pb CL’h CLh d’ a d Tb h PHA Génératrice Moteur ou turbine hydraulique

  4. CAPILI moteur (2ème type) c EVc’ EVc EVd ’ EVd d ’ d Tb Ln(P) vc > va Cond Th b x Ph c EVe Phase ab CLa Evap x BCA Pb a a d b CT ’ CT h EVr CL’b CLb CL’h CLh PHA Génératrice Moteur ou turbine hydraulique

  5. CAPILI moteur (2ème type) c EVc’ EVc EVd ’ EVd d ’ d TmM Ln(P) vc > va Cond Th b x Ph1 c EVe Phase bg CLa Evap x Pb1 BCA a d b CT ’ CT h EVr (vx - va) = (vd – vc) Cas limite: vx = vd va = vc CL’b CLb CL’h CLh Il existe une valeur maximale de Th pour une valeur de Tb donnée (≈ Tamb +5°C)  h = f(Tb/Th) limité … Génératrice Moteur ou turbine hydraulique … sauf si cascade thermique !

  6. x [a,d]  (Tb, Th < Tcritique) c Variante simplifiée : CAPILI moteur 1er type EVc’ EVc EVd ’ EVd d ’ d Tb Ln(P) Cond Th vc >> va a Th b c Ph EVe Evap x a Pb b CT ’ CT d dsc Tb h (vx - va) = (vd – vc) vc >> va vx≈ vd- vc CL’b CLb CL’h CLh Génératrice Moteur ou turbine hydraulique Détails in “S. Mauran et al., Applied Thermal Engineering 37 (2012), pp 249-257 "

  7. Exemples de cycles CAPILI avec source solaire BT Pression (bar) Fluide de travail : HFO 1234yf ODP = 0 GWP = 4 b f 70°C c j a . 40°C d e x k 10°C i x Avec rendement de transformation hydraulique/mécanique/électrique = 1 . Enthalpie (kJ/kg) h/ hCs (%) Cycle moteur Type CAPILI Th (°C) Tb(°C) h (%) abcd 2nd 8,7 ≈ 100 40 efcd 1er 70 7,5 85,4 ijck 1er 10 13,8 79,2

  8. Validation expérimentale sur maquette de petite puissance (50 We) HP CT & CT’ BP transformateur hydraulique/ mécanique/ électrique (THME) Résistance électrique Génératrice & Multiplicateur vitesse Couplemètre Moteur hydraulique (OML8 Danfoss) HP BP

  9. Rc = 7 Ω Validation expérimentale Régime instationnaire de la transformation hydrauliquemécaniqueélectrique Constat : Avec Rhyd : Résistance hydraulique du THME en charge (sur Rc)

  10. Ph Pn Pi & Pj V p Pb ab bg Transformateur Hydraulique/Mécanique/Electrique avec turbine hydraulique Francis (lente) TH Adaptations pendant les phases bg du cycle de Rc et/ou du distributeur maximiser ht Rendement d’une turbine Francis à Dp constant en fonction du débit volumique (% nominal)

  11. Influence de la résistance de charge Rc Quelques caractéristiques de la turbine hydraulique et de la chaîne de transformation : Type : Francis lente & aubage distributeur fixe

  12. Conclusions(1 & 2) • Source chaleur privilégiée pour l’habitat : Solaire basse température (≈ 80°C) • “vraie cogénération” : production électrique et chaleur utile à faible température (30°C)  faible rendement énergétique • “fausse cogénération” : chaleur utile solaire ou production électrique + rejet chaleur à Text  rendements énergétiques acceptables • Bons rendements exergétiques du moteur thermo-hydraulique CAPILI : idéalement 79 à 100% selon type et conditions opératoires (Th =70°C ; Tb = 10 ou 40°C)

  13. Problèmes scientifiques et techniques en suspens : transformation hydraulique/mécanique/électrique avec une bonne efficacité sous DP variable. Avec moteur hydraulique : rendements faibles (envisageable pour d’autres applications avec très grand DP) Avec turbine hydraulique (Francis): hauts rendements possibles même en régime variable  adaptation de la charge Rc et/ou aubage du distributeur (thèse en cours) Conclusions(3)

  14. Merci de votre attention Sylvain MAURAN Rémy BORGOGNO Journée Micro-cogénération Jeudi 23 Janvier 2014. CNAM Paris

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