Dimensionnement de centrales solaires

Transcription

1 Dimensionnement de centrales solaires Ouarzazate mai 2016 Cyril Caliot Gilles Flamant

2 Téléchargement SAM (NREL)

3 Logiciel de performances optiques 1. Soltrace (NREL, freeware) 2. Tonatiuh (CENER, opensource) 3. Solstice (Promes, opensource 2017)

4 Etude de la disposition des héliostats à PS10 Radiale étagée Biomimétique

5 Comparaison de résultats : PS10

6 Modélisation de centrale solaire SAM (NREL/Sandia Lab, freeware) System (solar) Advisor Model (Fortran) Technologies : PT, CR, DS et CPV Basé sur des modèles américains (Excelergy, Solergy, Delsol, ) Champ d héliostat modélisé avec Delsol3 Cylindro-P: modèle empirique et physique (nouveauté 2010) GREENIUS (DLR) Technologies : PT, DS et CR (récepteur atmosphérique, 2010) Modèles simplifiés utilisés par des professionnels Capacités limitées avec la version gratuite TRNSYS (~4600 HT/cpu) Logiciels Environnement de simulation dynamique des systèmes Librairie STEC développée pour le CSP

7 Modélisation de centrale solaire Modélisation physique : Flexibilité dans le changement des paramètres et des propriétés des composants Étude de sensibilité pour étudier l influence de paramètres sur le système complet o Empilement des imprécisions des modèles Modélisation empirique : Haute fidélité pour les gammes de validité des corrélations o Pas de prédiction en dehors de la gamme de validité.

8 Modélisation de centrale solaire Modélisation physique avec SAM : Régime instationnaire pour prendre en compte la capacité thermique du fluide caloporteur et du réseau de conduite Large choix de composants (récepteurs, collecteurs, fluide, etc.) Temps de calcul cours pour réaliser des études paramétriques. Modèles implémentés : Collecteur (pertes optiques) Récepteur (pertes thermiques) Pertes de charge dans le réseau de conduites du champ solaire Inertie thermique du fluide caloporteur et des composants Stockage Échangeurs de chaleur Cycle de génération de puissance Pertes parasites Contrôle de la centrale

9 Modèle du collecteur Le modèle du collecteur détermine le flux solaire incident grâce aux données météo, la localisation de la centrale, la position du soleil (date et heure). Pertes variables dans le temps Pertes constantes

10 Modèle 1D du récepteur Enveloppe du tube cassée Tube sous vide

11 SAM : 3 configurations de champs solaires Choix du champ solaire

12 Calcul des pertes de charge pour une vitesse fixée : - Alimentation et retour - Récepteurs, - Expansion et rétrécissement de tube - Coudes, Vannes, Connectiques (joints à rotule) Modèle de pertes de charge

13 Bilan thermique au noeud (SCA) Augmentation de température supposée linéaire dans un SCA (nœud)

14 Bilan thermique au noeud (SCA) Prendre en compte l inertie T in étant connue, on résout pour T moyen au noeud

15 Bilan thermique au noeud (SCA) La temperature initiale et d entrée sont connues : - boucles sur les noeuds et - boucles sur le temps

16 Bilan thermique alimentation Bilan thermique en transitoire des conduits d alimentation et de retour

17 Cycle thermodynamique Le modèle du cycle (EES) utilise un modèle de régression pour capturer l impact de paramètres sur les performances (puissance générée) en dehors du régime nominal : - Température chaude du fluide caloporteur - Débit du fluide caloporteur - Pression au condenseur - S. Klein. Engineering Equation Solver (EES) for Microsoft Windows Operating System: Commercial and Professional Versions. Online at

18 Refroidissement Le refroidissement humide (température humide) et sec (température sèche)

19 Refroidissement Influence du type de refroidissement (écart de 20 C au condenseur) sur les performances (efficacité du cycle)

20 Modèle de stockage

21 Modèle de stockage Nombre d heures de fonctionnement en régime nominal de la turbine : capacité thermique de stockage Volume de stockage Terme de correction pour des températures de stockage différente des température d entrée et sortie du champ solaire

22 Modèle de stockage

23 Modèle de stockage

24 Modèle d échangeur Dans le cas d un stockage indirect un échangeur est modélisé par la méthode ε-nut en configuration d échangeur à contre-courant pour la charge et la décharge.

25 Consommation électrique parasite Pertes parasites

26 Tracé des résultats

27 Modélisation de centrale solaire Load factor = = énergie produite sur une période = énergie produite sur la période mais en fonctionneement en régime nominaly Relation entre le facteur de capacité et stockage thermique en heures pour plusieurs multiples solaires Un multiple solaire ~1.3 assure que le générateur d électricité est utilisé efficacement durant l année (~2, TES 6h) Trouver un compromis entre - Coût (collecteurs et stockage) - Revenue (augmentation de la production, flexibilité démarrage pour les pics de demande)

28 Coût & Ressource L ensoleillement est un paramètre crucial : - Le choix du site - La conception de la centrale - La rentabilité économique de la centrale Source: DLR How to get bankable meteo data? DLR solar resource assessment Robert Pitz-Paal et al.