Etude de la Production de Travail à basse température à l’aide d’un Cycle Organique de Rankine

Abstract

Les cycles organiques de Rankine (ORC) fournissent une alternative aux cycles conventionnels de Rankine pour la conversion des sources de chaleur à basse température en travail, où les cycles de vapeur sont connus pour être moins efficaces et plus chers. Ce travail examine l'utilisation des ORC dans la production de travail avec plusieurs sources de chaleur comme la concentration solaire, la géothermie, la biomasse et la chaleur récupérée, qui sont toutes modélisées à 100°C, 170°C et 250°C. Une analyse thermodynamique et théorique d'un système de base ORC est effectuée, en se concentrant également sur l'importance de la sélection du fluide de travail. Les ORC sont modélisés en utilisant EES (Engineering Equation Solver) car il fournit une bonne base de données de fluides organiques purs. Les effets d’un régénérateur, l'entrée du détendeur et les températures de condensation sur le rendement du cycle et le travail net du cycle sont étudiés. Le rendement du cycle et le travail net du cycle sont passés de 14,58% et 54,54kJ/kg pour 100°C à 27,85% et 103kJ/kg pour 250°C. Parmi les 5 fluides de travail choisis, R600a fonctionne bien en dessous d'une température de 170°C et le n-hexane et R141b fonctionnent également à 250°C mais R141b possède un rendement du cycle plus élevée et n-hexane un cycle de travail plus élevé. Un bon nombre de modifications peuvent être apportées au cycle ORC de base, mais le concepteur devra faire un compromis avec les coûts d'investissement et d'exploitation. Les régénérateurs ont tendance à n'être efficaces qu'à des sources de chaleur à haute température et les températures de condensation basses sont préférées pour améliorer l'efficacité du cycle et le travail net du cycle. La surchauffe de ces fluides secs a également montré des effets négligeables et ne sera pas nécessaire car les fluides de travail quittent le détendeur dans un état surchauffé. Les variations des résultats pour chaque fluide de travail à la même température de source de chaleur prouvent que la sélection du fluide de travail est un facteur très important à prendre en compte dans la conception des systèmes ORC.