Étude de la production d'électricité à partir de l'énergie thermique des mers à l'île de la Réunion : modélisation et optimisation du procédé

Study of electricity production from the ocean thermal energy conversion to the Reunion Island : modelling and process optimization

• Auteur / Autrice : Frantz Sinama
• Direction : Franck Lucas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil, énergétique et environnement
• Date : Soutenance le 07/12/2011
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : piment
• Jury : Président / Présidente : François Garde
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Lucas, François Garde, Pascal Stouffs, Sylvain Mauran, Jean Castaing-Lasvignottes, Vincent Guenard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Stouffs, Sylvain Mauran

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Optimisation mathématique

Énergies renouvelables

Électricité -- Production

La Réunion (France ; île)

Centrales maréthermiques

Mots clés libres

Énergie Thermique des Mers

Production d’électricité

Énergie renouvelable

Modélisation

Analyse exergétique

Optimisation

Ocean Thermal Energy Conversion

Electricity Production

Renewable Energy

Modelling

Exergetic Analysis

Optimization

Résumé

L’énergie thermique des mers (ETM) offre une alternative intéressante pour la réduction de l’utilisation des énergies fossiles. En utilisant le gradient de température présent entre l’eau de surface et l’eau en profondeur, il est possible de produire de l’électricité grâce à un cycle thermodynamique. Les expérimentations sont peu nombreuses à l’heure actuelle, en raison d’un coût relativement élevé. Une approche fondamentale est donc développée avec la création de modèles numériques en régime permanent et dynamique. Le modèle en régime statique a été développé à partir d’une description mathématique simplifiée des composants du cycle. Ce modèle permet une évaluation globale des performances du système, incluant le prélèvement et le rejet de l’eau de mer ainsi que le cycle thermodynamique. À partir de la modélisation statique, un modèle dynamique a été établi en appliquant la méthode des systèmes équivalents de Gibbs. Cet outil permet de décrire les phases de démarrage et d’arrêt, d’étudier la modulation de la puissance électrique délivrée au réseau et d’optimiser le cycle. Les résultats de simulations des différents modèles sont confrontés à la littérature et à des données expérimentales, afin d’avoir des éléments de validation. L’un des intérêts du modèle en régime dynamique est la possibilité d’effectuer une analyse de type « premier et second principe » du système. Une optimisation du fonctionnement du cycle est réalisée à partir de cette analyse. Des pistes d’améliorations sont proposées. L’optimisation est réalisée grâce au couplage du modèle dynamique avec l’outil Genopt. Les outils numériques développés permettront d’élaborer des stratégies de contrôle des installations.

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) offers an interesting alternative for reducing the use of fossil fuels for energy generation. Using the temperature gradient present between the surface water and deep water, it is possible to produce electricity through a thermodynamic cycle. At present, the experiments are limited due to a relatively high cost. A fundamental approach is developed with the creation of numerical models in steady and dynamic state. The model in steady state has been developed from a simplified mathematical description of the components of the cycle. This model allows for an overall assessment of system performance including the withdrawal and discharge of the sea water, as well as the thermodynamic cycle. From the static model, a dynamic model was established using the method of the equivalent Gibbs systems. This tool is used to describe the start-up and shutdown, to study the modulation of the electrical power delivered to the network and to optimize the cycle. The simulation results of the different models are confronted with the literature and experimental data in order to have points of validation. One of the advantages of the model under dynamic conditions is the ability to perform an analysis of the "first and second principle" of the system. Optimization of the operation is carried out from this analysis. Possible improvements are proposed. An optimization of the cycle operation is carried out from this analysis. The optimization is done by coupling the dynamic model with the tool Genopt. The numerical tools developed will permit in addition to develop strategies to control of the power plants.