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CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR LA VALORISATION DES
REJETS THERMIQUES INDUSTRIELS
Van Long Le a, Michel Feidt a, Abdelhamid Kheiri a, Stéphanie Jumel ba Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée – LEMTA
b EDF – R&D
LMCS 2012
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Plan
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
LMCS 2012 2
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LMCS 2012 3
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
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Contexte énergétique
LMCS 2012
La demande d’électricité mondiale par secteurSource: World Energy Outlook 2011
Epuisement de ressource fossileSource: http://www.ecotricity.co.uk/our-green-energy/energy-independence/the-end-of-fossil-fuels
4
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Problèmes environnementaux
LMCS 2012
Tch
ern
ob
yl
Fuku
shim
a
5
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Valorisation des rejets thermiques
LMCS 2012
- Amélioration de l’efficacité énergétique
- Satisfaction de la demande d’électricité
- Diminution de la pollution thermique
Chaleur fatales Valorisation
- Gaz d’échappement, surface chaude, produit chaud
- Energie perdue (20 – 50 %)
6
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Solution ORC
LMCS 2012
Source de chaleur à basse température
7
Tb élevée
Tb faible
Energie solaire
Géothermie
Rejets thermiques
Cyc
le c
lass
iqu
eC
ycle
OR
C
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LMCS 2012 8
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
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ORC sous- et supercritique
LMCS 2012 9
ORC souscritique ORC supercritique
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Fluides organiques
LMCS 2012
-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
-50
0
50
100
150
200
s [J/(kg.K)]T
[C
]
Am
monia
Hexa
ne
R141b
isentropic fluid
dry fluid
wet fluid
10
Fluide mouillant:dT/ds < 0Fluide isentropique:Courbe de saturation de vapeur verticalFluide séchant:dT/ds > 0
Trois types du fluide de travail du cycle ORC
Corps pure (R245fa) ou mélange (R410A: 50%R32/50%R125)
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Composants du cycle
LMCS 2012 11
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LMCS 2012 12
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
![Page 13: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/13.jpg)
Equations – Bilan énergétique
LMCS 2012 13
�̇� = �̇ ℎ�,��� − ℎ�,�� /��,�
�̇� = �̇ ℎ����,��,��� − ℎ����,��,��
�̇��� = �̇ ℎ���,�� − ℎ���,���
�̇� = �̇ ℎ����,��,�� − ℎ����,��,���
�̇��� = �̇��� − �̇�
��� =�̇���
�̇��
����,�� =�̇���
�̇���,��
=ℎ���,�� − ℎ���,���
ℎ���,�� − ℎ���,���,��
��,�� =�̇�,��
�̇�
=ℎ�,���,�� − ℎ�,��
ℎ�,��� − ℎ�,��
Pompe
Evaporateur
Détendeur
Condenseur
Puissance nette
Rendement thermique
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Equations – Analyse exergétique
LMCS 2012 14
��̇ = ���̇ ��,��� − ��,��
��̇��� = �� �̇ �����,��,��� − �����,��,�� + �̇� �����,��,��� − �����,��,��
��̇���� = �̇� ℎ����,��,�� − ℎ����,��,��� − �� �����,��,��� − �����,��,��
��̇�� = ���̇ ����,��� − ����,��
��̇��� = �� �̇ �����,��,��� − �����,��,�� + �̇� �����,��,��� − �����,��,��
��� =�̇���
��̇�����
Pompe
Evaporateur
Détendeur
Condenseur
Rendement exergétique Exergie détruite
��̇�� = ��̇ + ��̇��� + ��̇�� +��̇���
![Page 15: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/15.jpg)
LMCS 2012 15
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
![Page 16: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/16.jpg)
Cas d’étude
LMCS 2012 16
Entrées Sorties
source de chaleur: l’air (Thsi = 150°C, �̇�
= 0.1 kg/s)Puits froid: l’eau (Tcsi = 15°C)pr = 0.8 (souscritique)/1.5 (supercritique)TExp,in = 139 °CTcond = 25 °CP,is = Exp,is = 0.8P,m = Exp,m = 0.9Tpinch,Evap = 10 °CTpinch,Cond = 3 °C
Souscritique Supercritique
R245fa
�̇��� = 193.8 W��̇�� = 204.5 W I = 13.56 %Ex = 44.11 %�̇ = 0.0054 kg/s�̇� = 0.0355 kg/sTevap = 134.6 °CThso = 136 °CTcso = 23.15 °C
R134a886.2 W814.8 W11.39 %45.76%0.0347 kg/s0.2139 kg/s-73.46 °C22.54 °C
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ORC souscritique – R245fa
LMCS 2012 17
![Page 18: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/18.jpg)
ORC supercritique – R134a
LMCS 2012 18
Débit du fluide de travail
∆�����,���
∆�����,���
= ������,����
�̇���
�̇
Location de pincement
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Performance du cycle
LMCS 2012 19
ORC supercritique – R134aORC souscritique – R245fa
![Page 20: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/20.jpg)
Analyse exergétique
LMCS 2012 20
ORC supercritique – R134aORC souscritique – R245fa
![Page 21: CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE …test.acsysteme.com/uploads/images/files/LMCS 2012... · 2020-07-07 · CYCLE ORGANIQUE SOUS- ET SUPERCRITIQUE DE RANKINE POUR](https://reader034.vdocuments.pub/reader034/viewer/2022050502/5f944ae80e5515789f77a211/html5/thumbnails/21.jpg)
LMCS 2012 21
• Introduction
• ORC sous- et supercritique
• Equations
• Cas d’étude
• Conclusions - Perspectives
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Conclusions - Perspectives
• ORC est une modification du cycle classique de Rankine
• ORC est recommandé pour la production d’électricité à partir des sources de chaleur à basse température
• ORC est adapté pour les petites et les micros centrales
• Les fluides séchant et isentropique sont recommandé pour les cycles ORC
LMCS 2012 22
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Merci de votre attention!
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