Thèse soutenue

Stockage d’énergie et conversion : récupération de la chaleur fatale dans les microgrids par un moteur stirling à piston libre

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Auteur / Autrice : Mahdi Majidniya
Direction : Benjamin RémyThierry Boileau
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Énergie et Mécanique
Date : Soutenance le 02/12/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Energies et Mécanique Théorique et Appliquée
Jury : Président / Présidente : Fei Gao
Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Rémy, Thierry Boileau, François Lanzetta, Babak Nahid-Mobarakeh, Christelle Périlhon, Abdelhamid Kheiri
Rapporteurs / Rapporteuses : François Lanzetta, Lavinia Grosu

Résumé

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Dans cette étude, un système combiné d'un moteur Striling à piston libre (MSPL) et d'un Moteur linéaire synchrone à aimants permanents (MLSAP) est étudié. Tout d'abord, un modèle linéaire (un modèle déjà développé dans la littérature) et un modèle non linéaire (un nouveau modèle appliqué dans la présente étude) du MSPL sont développés, et les résultats de ces modèles sont comparés. Ensuite, le meilleur modèle, qui est adapté à la présente étude, est choisi. Il est démontré que le modèle linéaire ne peut pas identifier le comportement réaliste de l'MSPL ; par conséquent, le modèle non linéaire devrait être utilisé. Ensuite, le modèle non linéaire de l'MSPL est validé avec les résultats expérimentaux disponibles. Après avoir validé le modèle MSPL, deux scénarios, dont un découplé (déjà existant dans la littérature) et un couplé (une méthode nouvellement introduite dans cette étude), sont considérés pour étudier la perte par pompage enthalpique sur le système MSPL. Ensuite, le meilleur scénario pour le pompage d'enthalpie, qui est le scénario couplé, est choisi sur la base des résultats. Après cela, le système MSPL est couplé avec le modèle MLSAP présenté. Afin de combiner le modèle thermodynamique du MSPL et le modèle électrodynamique du MLSAP, leurs équations dynamiques sont combinées. Ensuite, les équations thermo-électro-dynamiques sont résolues, et le système couplé est contrôlé dans MATLAB Simulink®. Le contrôle d'un tel système permet d'éviter les conditions conduisant à l'instabilité de l'MSPL. De plus, il est possible de contrôler le système dans des modes de fonctionnement transitoires pour obtenir les meilleures performances. Après avoir combiné MSPL avec MLSAP, deux méthodes de contrôle des performances sont introduites, et leurs résultats sont comparés. Ces méthodes de contrôle sont basées sur l'identification des paramètres de référence. Enfin, pour montrer l'application d'un tel système, il est utilisé comme une récupération de chaleur dans un système de tri-génération. La source d'énergie de ce système de tri-génération est une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) qui est combinée avec un refroidisseur à absorption à double effet (DEACH) pour la production de froid et un échangeur de chaleur pour fournir les besoins thermiques. De plus, une étude de sensibilité est réalisée sur le système combiné MSPL-MLSAP. L'utilisation de cette analyse de sensibilité fournit des informations concernant la sensibilité d'un tel système à différents paramètres.