Simulation d'une centrale solaire à concentrateur cylindro- parabolique sous TRNSYS

II.2. Modélisation et simulation de la centrale SEGS VI

« TRNSYS simulation environment» a été sélectionné pour être utilisé dans la modélisation de cette centrale cylindro-parabolique pour sa modularité, sa flexibilité et sa facilité d'utilisation. Commercialement, les codes de modélisation du cycle d'alimentation disponibles ont une variété de composants standard. Les versions récentes offrent même la possibilité de modéliser le rendement annuel en utilisant en entrée les données d'un fichier météo. La centrale SEGS VI a été choisie pour la modélisation car elle a toujours été caractérisée par la transparence de ses données publiées.

L'utilisation d'outils logiciels accessibles au public et la demande de plus en plus accentuée de précision ont engendré une complexité accrue du comportement du modèle aux étapes transitoires. La formulation de « pas régulier en temps » associée à un pas de 5 minutes est suffisante pour simuler le comportement de la centrale au cours des étapes transitoires de l'étude.

Une bibliothèque « Solar Thermal Electric Component» (STEC) de modèles de composants pouvant modéliser à la foi le rendement du champ solaire et celui du cycle d'alimentation a été créé par TRNSYS. Les modèles de composants sont reliés entre eux pour former le système désiré, ce qui permet une flexibilité dans la modélisation des différentes configurations telles que centrales 100% solaire ou hybride. Les composants de la bibliothèque STEC sont adaptés aux variables thermodynamiques tel que la température, la pression, et l'enthalpie. Ce niveau élevé de modélisation peut être utile dans de nombreux cas. Par exemple, la modélisation d'un générateur de vapeur, gérant l'évaluation de concept de stockage thermodynamique peut être analysée. Pour évaluer la performance de ce concept, il doit être étudié sur une base annuelle.

Bien que le rendement annuel du système puisse être modélisé dans TRNSYS en utilisant les composants de sa bibliothèque, il est également possible de créer des modèles de composants moins complexes sur la base d'une simple formulation de l'équilibre énergétique.

II.3. Description de la centrale SEGS VI

L'objectif du champ de collecteurs est de produire l'électricité. Le système se compose d'un champ de collecteurs cylindro-paraboliques reliés à un cycle de Rankine à travers une série d'échangeurs de chaleurs. La figure II.1 donne le schéma de principe du projet.

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Le fluide caloporteur est chauffé en circulant dans les absorbeurs des concentrateurs cylindro-paraboliques (champ solaire) et retourne au cycle de puissance de type Rankine. La température moyenne et le débit du fluide caloporteur changent selon les variations météorologiques d'une heure à une autre durant l'année (8760 heures). Ce fluide est pompé à partir de réservoir de stockage avec un débit constant vers deux systèmes d'échangeurs de chaleur. Le premier système est constitué d'un économiseur, évaporateur et un surchauffeur et l'autre est constitué d'un resurchauffeur.

Les échangeurs de chaleur sont de type à contre-courant. Le fluide caloporteur (HTF) et l'eau de cycle de Rankine circulent dans des directions opposées. Le fluide caloporteur entre dans le surchauffeur à haute température avant de passer au générateur de vapeur ou l'eau du cycle de puissance subit un changement de phase de l'état liquide à l'état vapeur. Ensuite, le fluide caloporteur passe à travers l'économiseur où cède à l'eau qui est à l'état liquide (appelé d'alimentation) son énergie. Le fluide caloporteur refroidi sortant du système d'échangeurs est remis en circulation à travers le champ solaire.

Il est à noter que la resurchauffe intermédiaire du cycle de Rankine est assurée par le surchauffeur dont la sortie est regroupée avec celle du l'économiseur.

Avant de retourner à l'économiseur pour compléter le cycle l'eau d'alimentation à l'état liquide sortant du condenseur passe à travers trois préchauffeurs à basse pression, un dégazeur et puis à travers deux préchauffeurs à haute pression.

Cette centrale obtient également une turbine à haute pression à deux soutirages et une autre à basse pression à quatre soutirages de vapeur qui va circuler dans les préchauffeurs. Cette vapeur soutirée est utilisée pour chauffer l'eau d'alimentation avant son entreé dans l'économiseur pour augmenter l'efficacité du cycle. La vapeur sortante de la turbine à basse pression est condensée dans un condenseur.

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Figure II.1 schéma de principe de la centrale SEGS VI.

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La figure II.2 schématise le cycle de Rankine correspondant où on peut lire différentes caractéristique thermodynamique des points représentatifs du cycle dans le diagramme (T,S).

Figure II.2: diagramme (T,S) de la centrale

La figure II.3 montre un schéma des flux entre les différents composants de SEGS VI en précisant la température, la pression, le débit, et l'enthalpie à l'entrée et à la sortie de chaque composant.

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36+.68 5 7.1

33..50 2$4.70

SCU'LR FIELD

36.50

103.60		19110 234 0^1	3.380 10.3.40		t033 0 250 00					3$.80		272 _5
							47.96 12 60		49590 266.00	101.44		313 40
316.83 574.40 9.1 1 297,90	316.63 553.24 ais 53 16.70 301.40 12.20			783.80 376.60		354 58 1280		818.4E1

250 29070 38 00 13045A

33.61 741.40 100 021 371.00

2 90 1914.5

2050 1 213.00

3.580 672..5

11200 203.60

27100

16 58 20870 33.16 2710 d

13 56 248.70

2 25 30150

799 280.00

5.4.8 7601

086 179.30

3884 1 731.5 125.001 17140 3340 708.9 740 187.20

31.06 5326

740 126 70 3534 27100

33 16 3190.0

17.10 371 00

16,$5 '711.1170

1 70 I 440.7 2,14. 3416 0

1 21 1 $05 10 7.98 260.40

A 0. t6 3005 0

100 00 37190

3,93.0

05.11

10 $.7^1.04

1.752799.0

233 165.80

387 313 1

436 7474

1 I 1.7 1000 1 0472 r-- t 04 029		1.41 2624.3 096 9357
	2570.0 92 17	0.29 58.49

4.41 221.5

014 52 97 0.30 3100.0

17.14 371.04

31 06 179 9 1471. 4287

IMIMEN

31,06 174 1 2665 234.&0

008 141 53 409 41.55

5 r Dgr, C 1119.3 11193

` 2550

Figure 11.3 schéma des flux entre les différents composants de la centrale.

PFE BO UASSIDA Bild

Dans une première étape de ce travail nous avons commencé par reproduire l'installation sous l'environnement TRNSYS. La figure II.4 montre l'interface « utilisateur » TRNSYS avec le modèle SEGS VI. TRNSYS ne peut afficher qu'une partie du modèle système en assignant, à différents niveaux des composants définis par l'utilisateur de manière analogue à la conception de logiciels assistée par ordinateur (CAO). Plusieurs composants peuvent également être affectés d'une icône unique appelé «macro» pour simplifier le graphique affichage, comme dans les cas des turbines à haute et basse pression et des préchauffeurs.

Figure II.4 l'interface « utilisateur » TRNSYS avec le modèle SEGS VI

Les principaux composants de l'installation sont détaillés dans ce qui suit.

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