Conception et Intégration optimales des convertisseurs thermodynamiques d’énergie solaire concentrée

Optimal design and integration of thermodynamic converters of concentrated solar energy

• Auteur / Autrice : Baptiste Rebouillat
• Direction : Pierre Neveu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 29/10/2021
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lavinia Grosu, François Lanzetta, Quentin Falcoz, Nathalie Mazet, Nolwenn Le Pierrès
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lavinia Grosu, François Lanzetta

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie solaire

Énergie -- Conversion directe

Chaleur -- Stockage

Thermoclines

Mots clés libres

Optimisation de Procédé

Exergie

Thermodynamique en dimension finie

Transfert couplé de masse et de chaleur

Energie Solaire

Stockage de chaleur

Process optimisation

Exergy

Finite dimension thermodynamic

Coupled heat and mass transfer

Solar Energy

Thermal storage

Résumé

Ces travaux portent sur l’optimisation des procédés de conversion de l’énergie thermique en électricité intégrant un système de stockage thermique de type thermocline. Deux problématiques sont abordées : d’une part la recherche des conditions opératoires optimales pour l’ensemble du procédé par une approche de type thermodynamique en dimension fini, et d’autre part, l’optimisation exergétique de la géométrie du système de stockage thermocline. Différentes structures de convertisseurs sont étudiées (chauffage, refroidissement et/ou stockage directs ou indirects, cycle cascade) et pour chacune d’elles les températures opératoires optimales sont déterminées. L’analyse exergétique de la cuve thermocline montre quant à elle que l’échange convectif fluide/garnissage constitue le principal verrou à lever. Enfin, une étude de cas (centrale solaire de type Andasol) permet de confirmer la pertinence de ces méthodes sur un cas réel

This work aims optimizing heat to power conversion systems that include a thermocline heat storage system. Two issues are addressed: the search for the optimal operating conditions of the entire plant by means of finite dimension thermodynamic, and the optimization of the storage tank geometry by mean of exergy destruction minimization. Several Heat to Power converter structures are studied (direct or indirect heating/cooling/storage, combined and multi-stage cycles) and for each of them, the optimal temperatures are assessed. The exergy analysis of the thermocline storage shows that convective heat exchange between packed-bed and fluid is the main limiting phenomena. Finally, a case study (Andasol type power plant) validates the applicability and relevancy of the method for a real case.