TECHNOLOGIES DE LA COGENERATION

TECHNOLOGIES DE LA COGENERATION

Cogénération (Cycles combinés)

La cogénération ou cycles combinés (Combined heating and Power) utilisent la puissance de sortie du moteur principal pour la production d’électricité, ainsi que sa chaleur résiduelle pour le chauffage. En outre, les systèmes de cogénération par rapport aux systèmes d’énergie classiques pour les bâtiments présentent plusieurs avantages, tels que l’amélioration de l’efficacité globale, la réduction de la consommation d’énergie primaire et la dispersion des polluants environnementaux tels que le dioxyde de carbone.
Les systèmes de cogénération comprennent un certain nombre d’autres composants : moteur (thermique), générateur, récupération de chaleur et interconnexion électrique – configurés en un tout intégré. Le type d’équipement qui pilote l’ensemble  du système (c’est-à-dire le moteur principal) identifie généralement le système de cogénération. Les systèmes de cogénération ou de production combinée de chaleur et d’électricité peuvent utiliser les différents moteurs principaux, notamment les turbines à gaz, les turbines à vapeur, les piles à combustible, les moteurs à combustion interne et les moteurs à combustion externe (Moteur Stirling) .

Types de technologies de cogénération et leur évaluation

Selon la Réf. , les systèmes de cogénération peuvent être classés en trois catégories en fonction de leurs capacités électriques maximales :
micro-cogénération : moins de 50 kWh,
cogénération à petite échelle (ou mini) : allant de 50 kWh à 1 MWh
cogénération à grande échelle : supérieure à 1 MWh.
Parfois, ils peuvent également être classés en fonction de la priorité d’utilisation de l’énergie disponible, c’est-à-dire de l’électricité ou de la chaleur, avec un cycle de haut (où la priorité est de produire de l’électricité) et un cycle de base (où la chaleur prime sur l’électricité).

Système de cogénération fonctionnant par un moteur à combustion interne (mouvement alternatif)

La longue histoire de développement technique et les niveaux de production élevés ont contribué à faire des moteurs à pistons un choix robuste, fiable et économique comme moteur principal des applications de cogénération . Leurs tailles vont des moteurs de puissance fractionnée aux systèmes de propulsion marine de 5 étages pesant plus de 5 millions de kilogrammes et produisant plus de 80 mégawatts (MW).
La technologie s’est considérablement améliorée au cours des trois dernières décennies, sous l’impulsion de pressions économiques et environnementales pour des améliorations de la densité de puissance (plus de rendement par unité de cylindrée du moteur), d’une efficacité énergétique accrue et d’une réduction des émissions. Les modules de contrôle électronique de la puissance ont rendu possible un contrôle et une surveillance de diagnostic plus précis du processus du moteur. Les constructeurs de moteurs fixes et les sociétés de recherche et développement de moteurs du monde entier continuent à utiliser des technologies de moteur avancées, notamment en accélérant la diffusion de technologies et de concepts innovants du marché automobile au marché des machines fixes.

Technologie du moteur alternatif

Il existe deux modèles principaux de moteurs alternatifs adaptés aux applications de production d’énergie fixe : le moteur à cycle Otto à allumage par étincelle et le moteur diesel à allumage par compression. Les composants mécaniques essentiels du cycle Otto et du cycle Diesel sont les mêmes. Les deux utilisent une chambre de combustion cylindrique dans laquelle un piston bien ajusté parcourt la longueur du cylindre. Le piston se connecte à un vilebrequin qui convertit le mouvement linéaire du piston en un mouvement de rotation du vilebrequin. La plupart des moteurs ont plusieurs cylindres qui entraînent un seul vilebrequin.
La principale différence entre les deux cycles est la méthode d’allumage du carburant. Les moteurs à allumage par étincelle (cycle Otto) utilisent une bougie d’allumage pour allumer un mélange pré mélange air-carburant introduit dans le cylindre. Les moteurs à allumage par compression (cycle diesel) compriment l’air introduit dans le cylindre à une pression élevée, élevant sa température jusqu’à la température d’auto-inflammation du carburant injecté à haute pression.

Systèm de cogénération à Turbine à gaz avec récupération de chaleur

Les turbines à gaz présentent généralement des conditions économiques favorables pour des tailles supérieures à cinq MW. Les turbines à gaz conviennent bien aux applications de cogénération industrielles et institutionnelles car les gaz d’échappement de turbines à gaz à haute température peuvent être utilisés pour générer de la vapeur à haute pression ou directement pour le chauffage ou le séchage. Les turbines à gaz produisent une chaleur d’échappement à haute température qui peut être récupérée dans une configuration de cogénération pour produire de la vapeur à traiter. De telles configurations de cogénération peuvent atteindre un rendement global du système (électricité et énergie thermique utile) de 70 à 80 %.
L’efficacité et la fiabilité des petites turbines à gaz (1 à 40 MW) ont suffisamment augmenté pour constituer un choix attrayant pour les utilisateurs industriels et les grands utilisateurs institutionnels pour les applications de cogénération. Les émissions des turbines à gaz sont très faibles par rapport aux autres technologies de production de combustibles fossiles. Les turbines à gaz émettent beaucoup moins de dioxyde de carbone (CO2) par kilowatt heure (kWh) que les autres technologies fossiles utilisées à des fins commerciales.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : SITUATION ENERGETIQUE MONDIAL
1. Introduction
2. Etat d’art
3. Situation énergétique en Afrique
4. Cogénération en Afrique sub-saharienne et en Algérie
5. Présentation de l’Université de Tlemcen
5.1. Situation énergétique à la faculté des sciences de Chetouane
CHAPITRE II : TECHNOLOGIES DE LA COGENERATION
1. Introduction
2. Cogénération (Cycles combinés)
2.1. Etat d’art
2.2. Avantages et les inconvénients
3. Types de technologies de cogénération et leur évaluation
4. Système de cogénération fonctionnant par un moteur à combustion interne (mouvement alternatif)
4.1.Introduction générale
4.2. Technologie du moteur alternatif
a. Système moteur
b. Production d’énergie thermique
c. Performance
d. Classification de la vitesse du moteur
e. Installation
5. Système de cogénération à Turbine à gaz avec récupération de chaleur
5.1.Introduction
5.2. Technologie de systèmes à turbine à gaz
5.3. Types de turbines à gaz
a. Turbines à gaz aérodérivatives
b. Turbine à gaz industrielles
c. Caractéristique de la performance
d. Récupération de la chaleur
6. System de cogénération fonctionne de Turbine à va
6.1.Introduction
6.2. Technologie de système de cogénération avec la turbine à vapeur
6.3.Composants de système de cogénération
a. Les chaudières
b. Turbine à vapeur
6.4. Caractéristiques de performance
CHAPITRE III : ETUDE DE FAISABILITE D’UNE INSTALLATION DE COGENERATION
1. Introduction
2. Outil de calcul COGENcalc
3. Etude de faisabilité
3.1. Détermination des Besoins Net en chaleur (Qnet) de la faculté
3.2. Profil typique de consommation thermique
3.3. Détermination de la puissance thermique de l’unité de cogénération
3.4.Choix de l’unité de cogénération
CHAPITRE IV : RESULTATS ET DISCUSSIONS
1. Présentation de l’installation proposée
2. Principale de fonction de l’installation de cogénération
3. Calcul Thermodynamique
3.1. Validation
a. Modélisation du moteur
b. Gaz d’échappement – l’échangeur fumée
c. Echanger refroidissement moteur
d. Echangeur gaz brulé
e. Echangeur à plaques
f. Comparaison
4. Etude de la faisabilité du système sur notre faculté
4.1. Energie thermique
a. Fonctionnement mois janvier
b. Fonctionnement de système cogénération annuellement
4.2. Energie électrique
5. Conclusion
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

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