Modélisation, simulation dynamique et optimisation exergo-économique de l'intégration de chaleur solaire dans les procédés industriels réunionnais

Modelling, dynamic simulation and exergo-economic optimization of solar heat integration into industrial processes in Réunion Island

• Auteur / Autrice : Christophe Maillot
• Direction : Jean Castaing-lasvignottes
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2017
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et Ingénierie Mathématique pour l'Energie et l'environnemENT

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation et simulation dynamique

Chaleur solaire

Chauffage des procédés industriels

Capteurs solaires thermiques

Analyse énergétique

Optimisation exergo-économique

Modelling and dynamic simulation

Solar heat

Industial process heating

Solar thermal collectors

Thermal Engineering

Exergo-economic optimization

Résumé

L'objectif principal de la thèse est d'accroitre les connaissances scientifiques et technologiques sur la possibilité d'intégrer de la chaleur solaire aux procédés industriels existants et notamment à La Réunion. Partant du fait que le gisement solaire de La Réunion est quantitativement aussi bon que ceux des meilleures régions d'Europe (Espagne, Grèce, Italie et Chypre), l'intégration de chaleur solaire dans les procédés industriels réunionnais semble intéressante. En effet, les technologies actuelles de capteurs solaires thermiques sont robustes et s'adaptent parfaitement aux besoins en température des industries. De plus, le tissu industriel réunionnais est significatif, en particulier l'industrie agroalimentaire qui est majoritaire dans l'île ; et selon les études de l'Agence Internationale de l'Energie, ce secteur industriel est le plus gros consommateur de chaleur. Suite à ce constat, le projet CSIRT (Chaleur Solaire pour l'Industrie en Région Tropicale) a été lancé par le laboratoire PIMENT fin 2015 afin d'étudier la faisabilité et la pertinence de l'utilisation de la chaleur solaire dans les procédés industriels existants. Ainsi, la solution envisagée est la mise en œuvre de systèmes de génération de chaleur hybride alimentés en parallèle par l'énergie solaire et du fioul (chaudière existante). Une adéquation doit être trouvée entre : les besoins en chaleur des industries, la disponibilité du gisement solaire, le type et le nombre de capteurs solaires et le niveau d'intégration dans le procédé industriel. La thèse est décomposée en trois principales tâches. La première s'attache à identifier les besoins des industriels en menant des enquêtes sur le terrain. La deuxième partie se focalisera sur les différentes possibilités d'intégrer la chaleur solaire dans le procédé industriel et ajoutant ou non un système de stockage thermique. Enfin, la dernière partie traitera de l'évaluation des performances globales et de la rentabilité économique de l'installation.

This PhD thesis aims to increase scientific and technological knowledge on the deployment of solar thermal systems for the heating of industrial processes, studying the particular case of the industrial firms in Rénuion Island. Considering the fact that solar resources of Réunion Island are greater than the sunniest parts of Europe, solar heat integration into its industrials processes seems appropriate and promising. Furthermore, the current solar thermal collectors perfectly fits with the tempearature levels needs of industrial processes. Food-processing industry has been identified as one of the most promising industrial sector in terms of solar heat integration. In Réunion Island, a large part of the industrial enterprises are food-processing firms. Thus, the global solution in consideration is the design of hybrid heat supply systems, feeded with both solar renewable energy and conventional fossil fueled boiler. A good match has to be investigated between several aspects: industrial heat demand profile, solar resource disponibility, type and number of solar thermal collectors and solar heat integration level into the industrial process. The thesis is comprised of three main tasks. The first one is dedicated to the identification of the heat needs of Réunion Island firms, by carrying out a field survey. The second one investigates the technological aspects of the different possible solar heat integration scenarios, which are subjected to dynamic simulation as well as annual energetic simulations. Lastly, the third section discusses the global performance of the investigated cases and assesses their economic profitability.