Contribution à la conversion d’énergie dans les microcentrales à vapeur en climat non-tempéré

Résumé

L'utilisation d'un cycle organique de Rankine, de l’anglais Organic Rankine Cycle (ORC) permet de convertir une énergie de faible qualité en électricité. L'objectif général de ce travail était de proposer une architecture ORC capable de convertir efficacement l'énergie solaire simultanément en électricité et en froid dans un climat chaud et non tempéré. Plus précisément, il s’agissait de configurer l’architecture ORC, de sélectionner un fluide de travail adapté à la conversion de l’énergie solaire, d’évaluer les performances énergétiques et exergétiques, et d’évaluer les performances économiques et environnementales. Pour ce faire, une méthode analytique a d’abord été utilisée, basée sur des équations simples régissant les transferts de masse et de chaleur. Cette méthode prend également en compte les modèles de calcul des coûts des composants et les émissions de CO2. Ensuite, une méthode numérique a été utilisée pour élaborer les codes de calcul et les simulations numériques. Le logiciel EES (Engineering Equation Solver) a été utilisé. Les résultats montrent que le système configuré basé sur une architecture ORC régénérative à deux étages en série combinée à un cycle à compression de vapeur, appelé système R-TSORC/CCV, peut convertir efficacement l’énergie solaire simultanément en électricité et en froid. D’un point de vue économique, le système R-TSORC/CCV s’est avéré plus compétitif que des systèmes similaires fonctionnant dans les mêmes limites de température. De plus, ce système s’est avéré plus compétitif que les systèmes utilisés par les entreprises industrielles camerounaises pour l’autoproduction d’électricité. D’un point de vue environnemental, le système R-TSORC/CCV contribue d’une manière significative à la réduction des émissions de CO2 dans l’atmosphère, avec des avantages significatifs en termes de taxe carbone. Dans des conditions de fonctionnement typiques, avec une irradiation solaire quotidienne moyenne de 4,76 kWh/m²-jour, le système R-TSORC/CCV produit environ 167,6 kW d’électricité et 1179 kW de froid, ce qui correspond à un coût de production d’énergie de 12,19 $/GJ, à une période d’amortissement de 3,11 ans et à un taux de retour sur investissement de 9,16. En outre, les émissions de CO2 ont été réduites de près de 20190 tonnes, ce qui représente annuellement une économie de 292.787 $ au titre de la taxe carbone.

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