Modélisation et simulation des échangeurs d'une installation de production d'électricité par énergie thermique des mers

Jean Castaing-Lasvignottes (1) , Audrey Journoud (1) , Frantz Sinama (1) , Alexandre Dijoux (1) , Bertrand Clauzade (2) , Xavier Boissière (2) , Olivier Marc Marc (1)

1 PIMENT - Physique et Ingénierie Mathématique pour l'Énergie, l'environnemeNt et le bâtimenT
2 DCNS-Nantes - DCNS Group [Nantes]

L'Energie Thermique des Mers (ETM) permet de produire de l'électricité à partir de la différence de température entre l'eau de mer chaude en surface des océans et l'eau de mer froide en profondeur grâce au cycle thermodynamique fermé de Rankine. Une installation expérimentale située en zone intertropicale à l'Ile de La Réunion, où cet écart de température peut atteindre la vingtaine de degrés, le PAT ETM (Prototype A Terre d'Energie Thermique des Mers), a été mise en place dans le but de tester la faisabilité de ce type d'installation, construire des modèles numériques adaptés, confronter les résultats à l'expérimentation et choisir des technologies de composants les plus appropriées. Compte tenu des très faibles écarts de température entre les sources, les éléments clefs du cycle restent les échangeurs de chaleur dont on cherche à améliorer le fonctionnement. Pour cela, une modélisation des échangeurs a été construite sur la base des résultats expérimentaux obtenus sur le banc PAT ETM et de l'analyse qui en est faite. Cette partie constitue le coeur du travail réalisé et s'illustre par le test de différentes technologies d'évaporateurs (tubes/calandre à surface lisse ou améliorée, à film ruisselant, à plaques) et la recherche et l'identification des corrélations d'échange les plus adaptées aux cas considérés. Nous avons choisi de simuler l'un des échangeurs (l'évaporateur en l'occurrence) au moyen d'une modélisation par zone. Il s'agit de séparer la zone de chauffage du liquide avant évaporation de celle de l'évaporation proprement dite puis de celle de la surchauffe. L'étude fait appel à des combinaisons série/parallèle d'échangeurs unitaires décrites selon une approche TLM. Les conditions opératoires et la configuration géométrique relativement simple de l'évaporateur nous ont permis un choix éclairé des corrélations de coefficients d'échange à utiliser pour l'eau ainsi que l'ammoniac dans ses deux transformations sous forme d'énergie sensible. En revanche, c'est moins le cas dans la zone diphasique d'évaporation où les relations issues de la littérature donnent des résultats assez différents et par conséquent d'une fiabilité assez faible. Ainsi, fort des résultats expérimentaux obtenus sur le PAT et de ce modèle, nous avons pu comparer ces différentes corrélations afin de déterminer la plus adaptée à notre cas et analyser le comportement de l'échangeur notamment en déterminant les surfaces d'échanges dédiées aux phénomènes décrits plus haut.

Domaines: Thermique [physics.class-ph]

Jean Castaing-Lasvignottes, Audrey Journoud, Frantz Sinama, Alexandre Dijoux, Bertrand Clauzade, et al.. Modélisation et simulation des échangeurs d'une installation de production d'électricité par énergie thermique des mers. Congrès annuel de la société française de thermique (SFT 2016), ONERA, May 2016, Toulouse, France. ⟨hal-01650144⟩