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Dissertations / Theses on the topic 'Solaire Thermodynamique'
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Rahmani, Mustapha Amine. "Gestion de l'énergie d'une micro-centrale solaire thermodynamique." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT077/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif MICROSOL, mené par Schneider Electric, et qui oeuvre pour le développement de micros centrales solaires thermodynamiques destinées à la production d'électricité en sites isolés (non connectés au réseau électrique) en exploitant l'énergie thermique du soleil. Le but de cette thèse étant le développement de lois de commande innovantes et efficaces pour la gestion de l'énergie de deux types de micros centrales solaires thermodynamiques : à base de moteur à cycle de Stirling et à base de machines à Cycle de Rankine Organique (ORC). Dans une première partie, nous considérons une centrale solaire thermodynamique à base de machine à cycle de Stirling hybridée à un supercondensateur comme moyen de stockage d'énergie tampon. Dans ce cadre, nous proposons une première loi de commande validée expérimentalement, associée au système de conversion d'énergie du moteur Stirling, qui dote le système de performances quasi optimales en termes de temps de réponse ce qui permet de réduire la taille du supercondensateur utilisé. Une deuxième loi de commande qui gère explicitement les contraintes du système tout en dotant ce dernier de performances optimales en terme de temps de réponse, est également proposée. Cette dernière loi de commande est en réalité plus qu'un simple contrôleur, elle constitue une méthodologie de contrôle applicable pour une famille de systèmes de conversion de l'énergie.Dans une deuxième partie, nous considérons une centrale solaire thermodynamique à base de machine à cycle de Rankine Organique (ORC) hybridée à un banc de batteries comme moyen de stockage d'énergie tampon. Etant donné que ce système fonctionne à vitesse de rotation fixe pour la génératrice asynchrone qui est connectée à un système de conversion d'énergie commercial, nous proposons une loi de commande prédictive qui agit sur la partie thermodynamique de ce système afin de le faire passer d'un point de fonctionnement à un autre, lors des appels de puissance des charges électriques, le plus rapidement possible (pour réduire le dimensionnement des batteries) tout en respectant les contraintes physiques du système. La loi de commande prédictive développée se base sur un modèle dynamique de la machine ORC identifié expérimentalement grâce à un algorithme d'identification nonlinéaire adéquatThis Ph.D thesis was prepared in the scope of the MICROSOL project, ledby Schneider Electric, that aims at developing Off-grid solar thermodynamic micro powerplants exploiting the solar thermal energy. The aim of this thesis being the development of innovative and efficient control strategies for the energy management of two kinds of solar thermodynamic micro power plants: based on Stirling engine and based and Organic RankineCycle (ORC) machines.In a first part, we consider the Stirling based solar thermodynamic micro power planthybridized with a supercapacitor as an energy buffer. Within this framework, we propose afirst experimentally validated control strategy, associated to the energy conversion system ofthe Stirling engine, that endows the system with quasi optimal performances in term of settlingtime enabling the size reduction of the supercapacitor. A second control strategy that handlesexplicitly the system constraints while providing the system with optimal performances interm of settling time , is also proposed. This control strategy is in fact more than a simplecontroller, it is a control framework that holds for a family of energy conversion systems.In a second part, we consider the Organic Rankine Cycle (ORC) based thermodynamicmicro power plant hybridized with a battery bank as an energy buffer. Since this system worksat constant speed for the asynchronous generator electrically connected to a commercial energyconversion system, we propose a model predictive controller that acts on the thermodynamicpart of this system to move from an operating point to another, during the load power demandtransients, as fast as possible (to reduce the size of the battery banks) while respecting thephysical system constraints. The developed predictive controller is based upon a dynamicmodel, for the ORC power plant, identified experimentally thanks to an adequate nonlinearidentification algorithm
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Martins, Matthieu. "Nouveau procédé thermo-hydraulique appliqué au rafraîchissement solaire de l’habitat : analyse et optimisation thermodynamiques." Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP1020.
Full textAbstract:
Les énergies renouvelables sont des énergies capables d’équilibrer durablement nos besoins énergétiques en particulier dans l’habitat individuel. La mise en oeuvre d’un procédé solaire pour couvrir les besoins en rafraîchissement est très séduisante car les besoins en froid sont généralement en adéquation avec la disponibilité de la ressource solaire. L’étude abordée dans cette thèse concerne un nouveau procédé de rafraîchissement thermo-hydraulique destiné à l’habitat et utilisant de simples capteurs solaires thermiques plans. Une analyse thermodynamique de ce nouveau concept a été réalisée en fonctionnement quasi-statique puis en dynamique afin d’évaluer les performances du procédé. La modélisation de ce procédé appelé CHV3T, en utilisant les systèmes équivalents de Gibbs, a également permis de dimensionner les différents composants de ce système. Un pilote de démonstration d’une puissance de 6 kW de froid utilisant 20 m² de capteurs solaires a ensuite été réaliséIn recent years, efforts were made in developing environmental-friendly technologies. Cooling systems are one of the most apparent applications of this source of renewable energy. Indeed the use of solar energy for air conditioning allows synchronization between cooling needs and solar energy availability. This paper presents a novel solar cooling process (so-called CHV3T) using common flat plate collectors. Firstly, the performances of the process are evaluated throughout an energy balance in steady state. A modeling of the whole process is developed by using the concept of equivalent Gibbs systems to describe the dynamic behavior of all the components of the system. The main objective of the modeling is to provide a design tool for this thermal-hydraulic system. A 6 kW cooling capacity prototype coupled to 20 m² of flat plate solar collectors has been realized
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Mathieu, Antoine. "Contribution à la conception et à l'optimisation thermodynamique d'une microcentrale solaire thermo-électrique." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0027/document.
Full textAbstract:
En ce début de millénaire 1,4 Milliards d'humains, parmi les plus démunis de la planète, vivent dans des sites isolés et ne bénéficient pas de réseaux de distribution d'énergie. Leur besoin en électricité est modeste, mais important en terme d'usages : accès aux soins médicaux et à l'instruction, communication, développement d'économies locales. C'est face à ce constat que Schneider Electric Industries relève, depuis 2009, le défi de concevoir et réaliser des microcentrales solaires thermodynamiques, concurrentielles à d'autres solutions, pour fournir à ces populations une énergie électrique fiable et respectueuse de l'environnement. Inscrit dans le cadre de ce projet, le présent travail - réalisé en Cifre - est séquencé par l'évolution industrielle du projet. Dans un premier temps, un Etat de l'Art, étendu à une analyse de détail, a contribué à privilégier certains choix technologiques : capteurs solaires à concentration, stockage thermique à chaleur sensible et moteur de Stirling. Dans un second temps, une étude thermodynamique préliminaire a permis d'évaluer le dimensionnement d'éléments clefs du système : champ de captage solaire et stockage thermique. En complément une étude de sensibilité paramétrique du dimensionnement et des performances à divers facteurs de pertes énergétiques a souligné les points durs techniques et participé à l'orientation des travaux de conception. Enfin, l'analyse exergétique de fonctionnement de capteurs solaires et d'un moteur Stirling en régimes dynamiques stationnaires proposent des bases pour l'optimisation de contrôle et commande, visant à accroître les performances énéergétiques du système et favoriser sa viabilité thermoéconomiqueAs a new millenium begins, 1.4 Billion people worldwide earn less than 2 dollars daily and have no access to the power grid. The need of electric power of these people represent small energy amounts but is very important regarding to the usage : acces to healthcare and education, communication, local economic development. In reponse to the situation, since 2009, Schneider Electric Industries takes up the challenge to design and realize micro solar power plants, competitive with other solutions, to supply these people with reliable and environment-friendly electricity. Dealing with this project, this work has been realized under contract, so it follows the development sequence of the industrial project. The first part is a State of the Art of the actual solar thermodynamical technologies. This task is extended to a qualitative evaluation of various technologies, as a contribution to select adapted technologies: concentrating solar thermal receivers, sensible heat thermal storage and Stirling engine. The secon step is a preliminary thermodynamics analysis of the whole system, that allowed to evaluate key features: the size of the solar receivers area, the thermal storage volume, and overall energy performance. This task is streched by a sensitivity analysis of the sizing and performances, according to various energy losses parameters, that shows the technical hard spots of the design. Finally, an exergy-based dynamical analysis of stationary operating solar receivers and Stirling engines leads to a propostion of basis methods and criteria for the optimal control of power, in order to maximize the energy performances of the system and to enhance its competitiveness
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ANDRIEUX, FRANCK. "Etude de la conversion thermodynamique de l'energie solaire a vocation spatiale." Paris, ENMP, 1990. http://www.theses.fr/1990ENMP0240.
Full textAbstract:
En 30 ans, les besoins energetiques des satellites ont considerablement evolue. En effet, alors que les premiers satellites ne reclamaient que 50 watts dans les annees 60, ce sont 4,4 kw qui equipent aujourd'hui le satellite de television directe tdf1 et 75 kw prevus pour la station spatiale americaine. Actuellement ces besoins energetiques sont satisfaits par des panneaux solaires photovoltaiques equipes de cellules au silicium, associes pour les phases d'eclipse a des batteries au nickel cadmium. Les surfaces de captation qui seraient necessaires pour subvenir aux besoins futurs sont colossales et posent des problemes de masse, de trainee aerodynamique et de controle d'orbite. Des lors, il apparait comme vital, pour des fortes puissances en orbite basse, de developper des systemes de production d'energie electrique tres performants en puissance massique et en puissance surfacique. Les generateurs solaires thermodynamiques apparaissent potentiellement adaptes a ce type de mission et bien plus sur que les systemes nucleaires dans le cas de station habitee. Les choix des differents composants d'un tel systeme ainsi que la configuration de l'ensemble sont presentes. Une etude detaillee des composants les plus critiques a conduit a la modelisation du systeme global a partir de laquelle des outils de dimensionnement et de simulation ont ete elabores. Les resultats du comportement du systeme soumis a des conditions exterieures assez realistes y sont presentes
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Delaleux, Fabien. "Intensification des performances des procédés énergétiques par hybridation solaire/géothermie." Perpignan, 2011. http://www.theses.fr/2011PERP1086.
Full textAbstract:
Le fil conducteur de ce manuscrit est donc d’imaginer les procédés combinant énergie solaire et géothermie afin d’en améliorer leurs performances respectives. Couplage pouvant s’effectuer des systèmes solaires non concentrés aux systèmes solaires concentrés avec une phase d’intensification des performances des sondes géothermiques verticales pour passer d’un niveau à l’autre. Le premier chapitre concerne le couplage entre la géothermie et l’énergie solaire non concentrée. Le but de ce chapitre est d’étudier la possibilité de stocker de l’énergie thermique produite par un champ de capteurs solaires plans dans le sous-sol, par l’intermédiaire de sondes géothermiques. Le deuxième chapitre se consacre à l’intensification des transferts thermiques en géothermie basse température. Des essais de dopage de la bentonite par adjonction de différents graphites seront testés et comparés. Le troisième et dernier chapitre de ce manuscrit s’intitule couplage solaire concentré et géothermie. Cette partie s’inscrit dans le contexte des centrales solaires thermodynamiques qui doivent résoudre la double problématique concernant leur rendement global qui peut être amélioré, et une consommation en eau importante pour leur refroidissementThe theme of the manuscript is to imagine processes combining solar and geothermal energies to improve their respective performances. Hybridization can be made from the not concentrated solar systems to the concentrated solar systems with a phase of intensification of the performances of vertical boreholes heat exchangers to move from a level to another. The first chapter deals with the coupling between geothermal and not concentrated solar energy. The aim of this part is to study the possibility of storing thermal energy produced by a solar field in the basement through borehole heat exchangers. The second part focuses on the intensification of heat transfer in low temperature geothermal energy. Different doping tests of bentonite are tested and compared. The third and last chapter is entitled coupling of geothermal and concentrated solar energy. This part joins in the context of solar thermodynamics power plants which have to resolve the double problem concerning their overall efficiency which can be improved and an important water consumption for their cooling
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Di, Giacomo Laurie. "PACVD/PVD de multicouches sélectives pour la conversion thermodynamique de l'énergie solaire." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0042.
Full textAbstract:
Dans les centrales solaires à concentration, le flux solaire est concentré sur des récepteurs pour chauffer un fluide de transfert jusqu’à 600°C. Dans le but d’améliorer leurs propriétés optiques, ces récepteurs peuvent être recouverts par des revêtements multicouches à sélectivité spectrale. Ces travaux portent sur le développement de structures optiquement sélectives innovantes, absorbantes dans le domaine du rayonnement visible et proche infrarouge (faible réflectivité) et peu émissives (forte réflectivité) pour le rayonnement infrarouge. Nous avons développé des empilements multicouches associant un métal réfractaire avec une céramique ce qui permet d’améliorer l’absorption dans le visible ainsi que la stabilité thermique. Les couches sont déposées par plasma combinant la PACVD et la PVD. L’étude de faisabilité du procédé transférable à l’industrie, son développement et son optimisation via la conception d’un réacteur innovant, le dépôt et la caractérisation des couches, leur association dans des empilements optiquement sélectifs performants et l’étude de leur vieillissement ont été réalisésIn concentrated solar power (CSP) plants, solar flux is concentrated on receivers to heat a transfer fluid up to 600°C. In order to improve their optical properties, these receivers can be covered by multilayered spectrally selective coatings. This work is devoted to designing and developing innovative spectrally selective structures showing strong absorption (low reflectivity) in the visible and near infrared range and low emissivity (high reflectivity) in the infrared range. We developed such stacks associating a refractory metal with high IR reflectivity and a ceramic which improves absorption in the visible range and thermal stability. The coatings were synthesized by plasma techniques, combining PACVD and PVD. Pre-industrial process feasibility, its development and optimization through the design of an innovative reactor, layer deposition and characterization, their combination in efficient optically selective stacks and the study of their aging have been achieved
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Calvet, Nicolas. "Stockages thermiques performants et durables pour procédés solaires : des basses aux hautes températures." Perpignan, 2010. http://www.theses.fr/2010PERP0002.
Full text
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Touré, Abdou. "Etude théorique et expérimentale d'un moteur Ericsson à cycle de Joule pour conversion thermodynamique de l’énergie solaire ou pour micro-cogénération." Pau, 2010. http://www.theses.fr/2010PAUU3012.
Full textAbstract:
Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe, à enceinte de compression et de détente distinctes, à récupérateur et à fluide de travail monophasique gazeux. Il fonctionne selon le cycle thermodynamique de Joule. Dans notre travail, nous avons tout d’abord développé un modèle théorique original de moteur volumétrique à cycle de Joule (moteur Ericsson). Les résultats théoriques obtenus sont présentés et commentés. Ensuite, nous avons caractérisé le prototype de machine de détente de moteur Ericsson qui a été réalisé au sein du LaTEP, soit la partie la plus délicate du moteur. Les résultats des essais en ‘mode moteur’ et en ‘mode moteur entraîné’ sont présentés, avec leurs commentaires et analyses. Les performances du prototype sont très encourageantes et sont conformes à celles de travaux théoriques antérieurs. Il a donc été décidé de concevoir et réaliser la partie compresseur du moteur qui a ainsi été ajoutée au prototype, de sorte que nous disposons à présent d’un prototype de moteur Ericsson completAn Ericsson engine is an external heat supply engine working according to a Joule thermodynamic cycle. Such engines have separated compression and expansion cylinders, a recuperator, and a monophasic gaseous working fluid. First of all, in this thesis we have developed an original theoretical model of a volumetric hot air Joule cycle engine. The theoretical results are presented and analyzed. Then, we have tested a prototype of the 'hot' part of an open cycle Ericsson engine developed by our laboratory. Experimental results for the ‘engine mode’ and the ‘driven engine mode’ are presented and analyzed. The performances of the prototype are in agreement with previous modeling results and assumptions. Therefore it has been decided to build and add the compression part to the prototype so that to allow the test of a complete Ericsson engine
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Khennich, Mohammed. "Optimisation thermodynamique d’un procédé solaire utilisant un système de réfrigération à éjecto-compression pour la production du froid." Thèse, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/9756.
Full textAbstract:
L’objectif essentiel de cette thèse est de développer un système industriel de réfrigération ou de climatisation qui permet la conversion du potentiel de l’énergie solaire en production du froid. Ce système de réfrigération est basé sur la technologie de l’éjecto-compression qui propose la compression thermique comme alternative économique à la compression mécanique coûteuse. Le sous-système de réfrigération utilise un appareil statique fiable appelé éjecteur actionné seulement par la chaleur utile qui provient de l’énergie solaire. Il est combiné à une boucle solaire composée entre autres de capteurs solaires cylindro-paraboliques à concentration. Cette combinaison a pour objectif d’atteindre des efficacités énergétiques et exergétiques globales importantes. Le stockage thermique n’est pas considéré dans ce travail de thèse mais sera intégré au système dans des perspectives futures.
En première étape, un nouveau modèle numérique et thermodynamique d’un éjecteur monophasique a été développé. Ce modèle de design applique les conditions d’entrée des fluides (pression, température et vitesse) et leur débit. Il suppose que le mélange se fait à pression constante et que l’écoulement est subsonique à l’entrée du diffuseur. Il utilise un fluide réel (R141b) et la pression de sortie est imposée. D’autre part, il intègre deux innovations importantes : il utilise l'efficacité polytropique constante (plutôt que des efficacités isentropiques constantes utilisées souvent dans la littérature) et n’impose pas une valeur fixe de l'efficacité du mélange, mais la détermine à partir des conditions d'écoulement calculées. L’efficacité polytropique constante est utilisée afin de quantifier les irréversibilités au cours des procédés d’accélérations et de décélération comme dans les turbomachines. La validation du modèle numérique de design a été effectuée à l’aide d’une étude expérimentale présente dans la littérature.
La seconde étape a pour but de proposer un modèle numérique basé sur des données expérimentales de la littérature et compatible à TRNSYS et un autre modèle numérique EES destinés respectivement au capteur solaire cylindro-parabolique et au sous-système de réfrigération à éjecteur.
En définitive et après avoir développé les modèles numériques et thermodynamiques, une autre étude a proposé un modèle pour le système de réfrigération solaire à éjecteur intégrant ceux de ses composantes. Plusieurs études paramétriques ont été entreprises afin d’évaluer les effets de certains paramètres (surchauffe du réfrigérant, débit calorifique du caloporteur et rayonnement solaire) sur sa performance. La méthodologie proposée est basée sur les lois de la thermodynamique classique et sur les relations de la thermodynamique aux dimensions finies. De nouvelles analyses exergétiques basées sur le concept de l’exergie de transit ont permis l'évaluation de deux indicateurs thermodynamiquement importants : l’exergie produite et l’exergie consommée dont le rapport exprime l’efficacité exergétique intrinsèque. Les résultats obtenus à partir des études appliquées à l’éjecteur et au système global montrent que le calcul traditionnel de l’efficacité exergétique selon Grassmann n’est désormais pas un critère pertinent pour l'évaluation de la performance thermodynamique des éjecteurs pour les systèmes de réfrigération.
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Espargilliere, Harold. "Système de refroidissement sec et de production d'eau pour centrale électrosolaire thermodynamique à cycle de Rankine." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0004.
Full textAbstract:
Les centrales solaires à concentration industrielles consomment 4 m3/MWh d’eau pour le refroidissement de leur cycle thermodynamique. En environnement aride, cela est susceptible d'induire des conflits d’usages sur une ressource encore plus fondamentale que l’électricité, l'eau. Ce constat met en évidence la nécessité de concevoir des solutions alternatives de refroidissement sèches mais tout aussi efficaces. Le champ solaire d’une centrale CSP représente 50% de son coût d’investissement pour n’être utilisé que de jour pour la production de chaleur nécessaire au cycle thermodynamique. L'approche du sujet de thèse consiste à utiliser cette surface considérable comme macro-échangeur de chaleur avec son environnement via un transfert thermique couplé avec l'air ambiant (convectif) et avec l'espace extra-atmosphérique à 3K (radiatif). Après avoir démontré la pertinence des matériaux du champ solaire pour une telle application, le travail de thèse a montré expérimentalement qu'au-delà d'extraire les chaleurs fatales du cycle thermodynamique, il pouvait aussi produire du froid par transfert radiatif nocturne. Une solution alternative innovante pour le refroidissement des centrales solaires CSP offrant deux nouvelles fonctionnalités à leur champ solaire déjà existant au bénéfice de son amortissementIndustrial concentrated solar power plants consume 4 m3/MWh of water to cool down their thermodynamic cycle. In arid area, it could induce conflicts of use on a more fundamental resource than electricity. This fact highlights the need to develop alternatives dry cooling technologies but equally effective. The solar field represents 50% of the investment cost of a CSP plant to be used only daily for the heat production needed for the thermodynamic cycle. The approach of the project is to use this huge area as macro-heat exchanger with its surrounding environment through a coupled heat transfer with the ambient air (convective) and with outer space at 3K (radiative). After validating the compatibility of solar field materials for a such application, these research works has shown experimentally that in addition to extract the waste heat of the thermodynamic cycle, it could also produce cold by night radiative cooling. An innovative alternative solution for cooling CSP plants offering two new features to their already existing solar field for the benefit of its paying off
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Hoffmann, Jean-Francois. "Stockage thermique pour centrale solaire thermodynamique à concentration mettant en oeuvre des matériaux céramiques naturels ou recyclés." Thesis, Perpignan, 2015. http://www.theses.fr/2015PERP0033/document.
Full textAbstract:
Par rapport aux ressources énergétiques fossiles combustibles, l’énergie solaire présente des caractéristiques inhérentes à la nature même de la ressource. Ce constat met en évidence la nécessité de système de stockage d’énergie. Ce travail de thèse consiste à étudier un stockage thermique pour une centrale solaire à concentration, ainsi que ses deux composants essentiels : le fluide de transfert et les matériaux de garnissage solides. La compréhension du système de stockage thermocline sur lit de roche est réalisée grâce à une approche expérimentale et numérique. Une alternative innovante sur le choix du fluide de transfert consiste à utiliser des huiles végétales. Concernant le garnissage, un matériau à géométrie contrôlée est développé à partir d’un coproduit issu de la sidérurgie. L’originalité de cette association pour le stockage thermique permet d’allier performance, disponibilité des matériaux en quantité industrielle tout en réduisant l’impact environnemental et financierCompare to fossil fuel energy resources, solar energy presents the inherent characteristic given by the very nature of the resource (intermittent availability). This observation highlights the need for thermal energy storage system. This doctoral thesis studies thermal energy storage for concentrating solar power plant, as well as its two essential components: the heat transfer fluid and the thermal energy storage materials. The analysis of the thermocline storage system with filler materials is achieved through experimental and numerical approaches. An innovative alternative for the heat transfer fluid consists to use vegetable oils, which offers comparable thermal properties and operating behavior to conventional thermal fluid. Regarding thermal energy storage materials, many natural and recycled materials can be used. A storage material with controlled geometry is developed from steel industry co-product. The originality of this combination for thermal energy storage combines performance, materials availability at industrial scale while reducing environmental and financial impact
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Larrouturou, Florent. "Amélioration des propriétés radiatives des récepteurs solaires surfaciques haute température par microstructuration." Thesis, Perpignan, 2015. http://www.theses.fr/2015PERP0030.
Full textAbstract:
La filière solaire thermodynamique, et plus précisément la technologie des centrales à tour, est l'une des ressources d'énergies renouvelables les plus prometteuses. Le travail de thèse s’inscrit dans le cadre général de l’augmentation des rendements de centrales solaires à tour où l’augmentation de l'efficacité et de la température du récepteur joue un rôle clé. L’originalité de la thèse réside dans l’étude du rôle des sélectivités spectrale et directionnelle sur le rendement de récepteurs surfaciques à haute température. L’objectif poursuivit a été d’améliorer simultanément la géométrie, le matériau, la rugosité et la microstructuration des récepteurs surfaciques pour créer une sélectivité permettant l’augmentation des rendements. La première étape a consisté à l’élaboration d’un modèle approché d’une centrale solaire pour quantifier l’influence du rendement du récepteur sur le rendement de la centrale. Dans un second temps, un modèle de récepteur détaillé incluant la résolution précise des transferts radiatifs (grâce à la méthode Monte Carlo) a été développé pour déterminer le gain en rendement que l’on peut obtenir grâce à la sélectivité spectrale et directionnelle. Ensuite, la modification des propriétés radiatives des surfaces par des microstructures unipériodiques et bipériodiques a été étudiée dans l'objectif d'augmenter la sélectivité spectrale du récepteur. Cette étape a nécessité la résolution des équations de Maxwell par la méthode RCWA. La microstructure retenue et qui offre le meilleur potentiel possède un relief pyramidal bipériodique. L’optimisation de la période et de la hauteur de ce relief permet d’obtenir une absorptivité solaire maximale égale à 0,98Concentrated solar power (CSP) technology is an alternative for renewable thermal energy generation and a promising source of energy. Managing the optical properties of a cavity solar receiver to create spectral and directional selectivities is a solution to improve receiver and solar power plant efficiencies in order to reduce cost. The two main steps of the development are to quantify the potential gain that may result from theoretical selectivities and then the optimization of microstructuration to increase as possible the spectral selectivity. At first, a calculation code was built in order to quantify the influence of receiver on the global solar power plant efficiency. Then a parametric study which takes into account thegeometry, the material, the roughness and the microstructure of the receiver was conducted. At last, an optimization of microstructuration with uniperiodic and biperiodic structures was studied. As a conclusion the best structure is a biperiodic pyramidal relief which offers a huge gain of absorptivity
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Sow, Ousmane. "Analyse thermodynamique d'un système de dessalement par distillation avec apport solaire : recherche des conditions optimales de fonctionnement en régime variable." Valenciennes, 2003. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/f9106e6d-4483-41c4-b3cc-0fcde7ffff70.
Full textAbstract:
Sur les installations de dessalement classiques, opérant par changement de phase, (multi-flash, multiple effets,. . . ) se posent toujours les problèmes du rejet d'une forte quantité d'eau non saturée en sels et du colmatage du sel sur les composants de l'installation. La solution classique bien connue à ce jour permettant d'éviter ces problèmes, consiste à introduire des substances chimiques de prétraitement de l'eau salée. La présente thèse rend compte par une simulation sur un système à multiple effets qu'une régulation sur le débit d'alimentation pourrait être une alternative pour réduire aux mieux ces pertes d'eau, et par conséquent le coût de la production. Une analyse thermodynamique a permis d'évaluer les énergies mises en jeu ainsi que les pertes exergétiques du système. Celle-ci sera suivie d'une modélisation en régime dynamique. Une comparaison à un système non régulé permet d'évaluer les performances du système. Enfin une étude de faisabilité donne une idée sur sa mise en œuvreWith traditional desalination plants, operative by phase shift (vapour compression mechanical, multi-flash, multiple effects. . . ) Two major problems arise: the rejection of a large quantity of water non-satured in salt and the build up of salt in all the installation components. The traditional solution to overcome these problems consists in introducing chemical substances for the pre-treatment of salted water. The present thesis proposes through analysis multipurpose system desalination, that a regulation on the rate of feed could be an alternative method to reduce this water loss, and consequently the production cost. This analysis allows us to evaluate energies brought into the system and the exergetical losses. A modeling in dynamical mode will follow this analysis. A comparison with a system not controlled makes it possible to evaluate the performances of the system. Finally a feasibility study gives an idea on its implementation
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Tapachès, Émeric. "Estimation du potentiel de la technologie solaire thermodynamique à concentration en climat non désertique - Application à La Réunion." Thesis, La Réunion, 2015. http://www.theses.fr/2015LARE0011/document.
Full textAbstract:
Le travail de recherche présenté s'inscrit pleinement dans les préoccupations énergétiques de la Réunion, en proposant d'évaluer le potentiel de la technologie solaire thermodynamique avec ou sans système à concentration en zone tropicale et les réseaux électriques non interconnectés. Le solaire thermodynamique désigne la production d'électricité à partir du rayonnement solaire via un cycle thermodynamique. En soumettant le cycle thermodynamique à une source « froide » (eau ou air ambiant) et une source « chaude » générée par des capteurs solaires l'on obtient un travail mécanique en sortie de turbine. En couplant la turbine à un alternateur de l'électricité est produite. Utilisation de capteurs à faible ou sans concentration permettent de diminuer le seuil de rentabilité des installations solaires thermodynamiques. Dans ce cas, ce type de technologie n'est plus réservé aux climats désertiques ou méditerranéens. Une étude préliminaire montre qu'elles sont exploitables en zone tropical. De plus, le couplage de l'installation à des systèmes de stockage thermique ou à des installations d'appoint utilisant de la biomasse par exemple permet de produire une énergie électrique de façon continue. Ce projet de recherche à pour but de définir les technologies adéquates, étudier finement les microclimats locaux propices à ces technologies et de réaliser un modèle numérique pour l'étude des conditions d'opération des installations solaires thermodynamiques. Ce projet permettra d'explorer une filière énergétique d'avenir et développer une expertise locale qui contribuera au rayonnement de la Réunion dans la zone océan IndienThis thesis focuses on the study of the direct solar resource received in Reunion and numerical modeling of a solar power plant consists of: 1 / a field of linear Fresnel collectors in which circulates synthetic oil; 2 / two sensible heat storage tanks; 3 / an organic Rankine cycle. The main goal is to evaluate the performance of such power plant in the island area identified as suitable.To meet this goal, several studies have been conducted: (i) a beam solar radiation map of Reunion was made from satellite images of MeteoSat 7. This map was used to assess the availability of this resource; (ii) a new global-to-diffuse irradiance decomposition model was made from based-ground measurements at Saint-Pierre. This model is based on the representation of higher probabilities of occurrence of the diffuse fraction; (iii) the geometry of the solar collector and beam solar irradiance were modeled from an existing ray-tracing code. This code has been used, firstly, to dimension the collector using an optimization method. And secondly, to develop a fast method in order to simulate absorbed flux distribution on the linear receiver elements; (iv) unsteady-state heat transfers within the solar collector was modeled with a nodal approach; (v) annual electricity production of the power plant running in the south of the island was simulated with a monitoring and control strategy relevant for the demand of the local electricity grid.The models that have been developed during this thesis are design support tools and allow the study of control strategies control of solar power plants with linear Fresnel collector
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Ordóñez, Malla Freddy. "Optimisation d'un récepteur solaire haute température à polydispersion de particules." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1072/document.
Full textAbstract:
Les centrales solaires à concentration sont des technologies prometteuses pour la production d'énergie d'origine renouvelable. Celles mettant en œuvre des cycles thermodynamiques à hautes températures, tels que les cycles combinés, permettent d'augmenter l'efficacité de la conversion solaire. Cependant, leurs implantations nécessitent le développement de nouveaux récepteurs à haute température (T > 1100 K), tels que les récepteurs solaires à particules (SPRs). Ce travail porte sur l'optimisation numérique des principaux paramètres pilotant l'efficacité de ce type de récepteurs, l'enjeu principal étant de minimiser les pertes par rayonnement thermique. Dans un premier temps, un modèle simplifié des transferts radiatifs dans un SPR a été développé. Le modèle considère un milieu particulaire soumis à un flux solaire concentré et collimaté. Le milieu émet, absorbe et diffuse le rayonnement de manière anisotrope. L'équation de transfert radiatif est résolue par une méthode à deux-flux (géométrie 1D) avec l'approximation delta-Eddington, permettant une obtention rapide des résultats. Cette méthode a été choisie pour son adéquation aux cas d'émission et de diffusion anisotrope. L'hypothèse de diffusion indépendante est utilisée afin de déterminer les propriétés optiques du milieu. La théorie de Lorenz-Mie et l'approximation de Henyey-Greenstein ont été utilisées pour calculer, respectivement, les efficacités optiques et la fonction de phase des particules. Ce modèle est mis en œuvre avec un algorithme d'optimisation par essaims particulaires, dans le but de déterminer la taille des particules, leur fraction volumique, et leur indice de réfraction optimums. Dans un deuxième temps, six matériaux réels sont sélectionnés afin de tenter de retrouver le résultat optimum obtenu précédemment avec un matériel idéal. Ces matériaux (HfB2, ZrB2, HfC, ZrC, W et SiC) sont pertinents du fait de leur comportement sélectif ou de leur absorptivité élevée. Afin de déterminer leurs indices de réfraction, la relation de dispersion de Kramers-Kronig a été utilisée à partir de données de réflectance issues de la littérature. Trois configurations de récepteurs ont été étudiées : a) un milieu homogène comprenant un seul type de particules, b) un milieu inhomogène comprenant deux matériaux différents, c) un milieu homogène comprenant des particules enrobées. D'après les résultats de ces configurations, les particules de W enrobées de SiC permettent d'atteindre des performances proches du cas idéal optimisé. Enfin, un modèle numérique de transfert thermique par convection et rayonnement a été développé, pour étudier l'influence de l'écoulement sur les pertes radiatives du récepteur. Il est basé sur une géométrie simple constituée d'un écoulement d'un mélange de gaz et de particules circulant entre deux plaques planes, l'une étant une fenêtre par laquelle pénètre perpendiculairement le flux solaire. Le modèle radiatif développé précédemment permet de calculer la divergence du flux radiatif, tandis que l'équation de l'énergie est résolue par une approximation de low-Mach. Ainsi, les conditions de l'écoulement et des propriétés radiatives que minimisent les pertes du récepteur sont déterminés. De futurs travaux pourront être élargis à de nouveaux matériaux candidats pour les récepteurs solaires à particules. Leur index de réfraction pourra être mesuré et comparé aux valeurs théoriques obtenues par les codes développés dans le cadre de ce travailSolar Particle Receivers (SPRs) are promising candidates to work at high temperatures (T > 1100 K) in Central Solar Power (CSP) plants. They will permit the use of high efficient thermodynamic cycles, such as a combined cycle (Brayton cycle + Rankine cycle). Nevertheless, the optimal conditions that reduce the receiver losses (and consequently maximize the receiver efficiency) still remain to be studied. In this work, the principal parameters that drive the receiver efficiency are numerically optimized. For this end, a simplified radiative model is developed, which allows one to run the high number of simulations needed in such optimization. This model consists in a 1D slab of particulate media submitted to a collimated and concentrated solar flux. The medium emits, absorbs and anisotropically scatters energy. A two-stream method with a delta-Eddington approximation is implemented to fast solve the radiative transfer equation. Among the several two-stream approximations, the one proposed by Joseph et al. (1976) is chosen due to its good treatment of the anisotropic scattering. The volume optical properties are computed under the independent scattering hypothesis, the single-particle optical properties with the Lorenz-Mie theory and the phase function with the Henyey-Greenstein phase function. Such a model is used with a Particle Swarm Optimization algorithm to find the optimal particle size, volume fraction and complex refractive index to be used in the receiver. Once the ideal optimal conditions for a SPR are found, the replication of these results is attempted by using real materials. Six materials (HfB2, ZrB2, HfC, ZrC, W and SiC) are chosen because of their spectral selective behavior or their high absorptivity. At this stage, an important difficulty is the lack of information about the refractive indexes of materials. Therefore, the Kramers-Kronig dispersion relations are utilized to find the refractive indexes from reflectance data. Then, three SPR configurations are considered: (1) a homogeneous medium with only one kind of particles, (2) a medium with a mixture of two materials and, (3) a homogeneous medium with coated particles. The three configuration results are compared with those obtained using particles made of an ideal material. A remarkable result is obtained when W-particles coated with SiC are used. This configuration decreases the radiative losses approaching to the ideal minimal. Finally, the influence of the fluid flow on the radiative losses is studied through the implementation of a convection-radiation heat transfer model. A simple geometry is adopted for a gas-particles mixture flow between two parallel plates, where one of them is a window. The concentrated solar radiation then affects perpendicularly the fluid flow. The energy equation is solved using a low-Mach approximation and the divergence of the radiative flux with the radiative model developed before. A parametric study is conducted to investigate the influence of the optical properties on the radiative losses. In the future, more materials remain to be investigated to be used in solar particle receivers. To this end, the refractive indexes of a number of materials should be measured. The developed codes will be useful for this investigation
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Fula, Rojas Manuel Alejandro. "Modélisation thermique, thermodynamique et expérimentation d'un moteur ericsson a air chaud a cycle de joule." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3055/document.
Full textAbstract:
Avec l'épuisement des ressources naturelles, notamment les sources d’énergies fossiles, les énergies renouvelables sont à nouveau considérées comme une alternative réelle pour la transition énergétique des pays industrialisés.Les moteurs à apport de chaleur externe comme le Stirling et son « cousin » le moteur Ericsson peuvent valoriser de multiples sources -renouvelables ou non- d'énergie thermique. Le moteur Ericsson est ainsi particulièrement bien adapté pour la conversion de l’énergie solaire ou de la biomasse en électricité dans des applications de microcogénération.Cette thèse s’inscrit dans la continuation des travaux théoriques et expérimentaux sur le moteur Ericsson réalisés au LaTEP de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour. Dans ce travail, nous nous sommes principalement intéressés auxtransferts thermiques entre le fluide de travail et les parois des cylindres de compression et de détente du moteur. Un premier modèle, global, a permis de déterminer dans quelles conditions ces transferts thermiques peuvent améliorer les performances du système énergétique considéré. Un second modèle, ‘intracycle’, a permis d’évaluer les transfertsthermiques instantanés dans les cylindres à partir des corrélations habituellement utilisées dans les moteurs à combustion interne. Le prototype de moteur Ericsson a alors été équipé de différents capteurs de pression et de températures, ces derniers étant constitués de micro-thermocouples. Les relevés de température instantanée dans lecylindre de compression sont présentés commentés et comparés aux résultats obtenus par le modèle « intracycle »With exhaustion of natural resources, in particular the fossil energy sources, renewable energies are again regarded as a real alternative for the needed energy transition of the industrialized countries. The "hot air engines" like the Stirling engine and his “cousin” the Ericsson engine, can use multiple thermal sources - renewable or not -. The Ericsson engine is thus particularly well adapted for solar or biomass energy conversion in electricity or for microcogeneration purposes. This thesis is a continuation of the theoretical and experimental work on the Ericsson engine realized in the LaTEP of theUniversity of Pau (France). In this work, we are mainly interested in the - in-cylinder - heat transfer between the working gas and the walls of the compression and expansion cylinders of the Ericsson engine. A first original model made possible to determine under which conditions these heat transfers can improve the performances of the energy system considered. A second model, “intracycle”, allowed to evaluate the instantaneous heat transfers in the cylinders starting from the correlations usually used in the internal combustion engines, reciprocating compressors and pneumatic springs. The Ericsson prototype was then equipped with various pressure and temperature gauges, the latter consisting of K-type microthermocouples of 25 and 12,5μm wires. The results of instantaneous temperature measurements in the compression cylinder are presented, commented and compared with the results obtained by the “intracycle” model
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Aurousseau, Antoine. "Modélisation dynamique et régulation des centrales solaires thermodynamiques linéaires à génération directe de vapeur." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2016. http://www.theses.fr/2016EMAC0003/document.
Full textAbstract:
Les Centrales Solaires Thermodynamiques à génération directe de vapeur utilisent la concentration optique du rayonnement solaire direct pour produire de la vapeur d'eau à haute pression et haute température. La vapeur d'eau est ensuite utilisée directement comme fluide de travail d'un cycle thermodynamique type Rankine, pour la propulsion d'un couple turbine-génératrice et assurer ainsi une production électrique. La conjonction de la variabilité naturelle de l'ensoleillement, qu'elle soit lente et déterministe (cycle jour/nuit, cycle saisonnier, dégradation des performances optiques), ou rapide et non déterministe (passages nuageux), et de la présence d'un écoulement diphasique eau/vapeur dans les tubes horizontaux, provoque un comportement fortement dynamique du système de génération de vapeur. Par ailleurs, les turbines à vapeur étant très sensibles aux fluctuations de la température d'admission de vapeur, il convient donc de réguler le plus efficacement possible la production de vapeur. Les temps de séjour de fluide dans les champs solaires linéaires pouvant être relativement longs, les stratégies de contrôle conventionnelles se révèlent moins adaptées et peu efficaces. L'objectif de ce travail est d'étudier, par la réalisation de modèles et de leur utilisation en simulation, le fonctionnement dynamique du système de génération de vapeur. Des modèles dynamiques de centrales linéaires de Fresnel et cylindro-parabolique sont réalisés, et des données expérimentales issues d'un prototype cylindro-parabolique sont utilisées pour la validation. Les modèles permettent ensuite l'étude de stratégies de régulation, permettant un contrôle de la vapeur sortant du champ solaire soumis à des transitoires. L'étude de l'utilisation de méthodes de prédiction de l'ensoleillement direct à court terme est abordée à la fin de ce travail, afin d'évaluer la possibilité d'intégrer ces méthodes dans les stratégies de régulationDirect steam generation concentrated solar power plants use the optical concentration of solar direct irradiation to generate high pressure and high temperature steam in the absorber tubes. Steam is used as the working fluid of a Rankine-type thermodynamic cycle for the propelling of a steam turbine and an electric generator. The conjunction of the natural transient condition of solar irradiation and the presence of a two-phase flow inside the absorber tubes leads to a strong dynamic behavior of the steam generation system. Moreover, steam turbines being very sensitive to inlet temperature transients, the control of steam generation has to be achieved with the best possible efficiency. Because of the large time constants of the flow in the solar field (among other reasons), basic control strategies are poorly efficient and not well suited. The aim of this thesis work is the study, through modeling and simulation, of the dynamic behavior of the steam generation system. Dynamic modeling of linear Fresnel and parabolic-trough solar plants is carried out, and experimental data from a parabolic-trough prototype are used for validation. The models are used for the study of advanced control strategies, for a better control of steam conditions at the solar field outlet, under irradiation transients. Short-term irradiation prediction methods are evaluated for a use in the control strategies
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Touré, Abdou. "Étude théorique et expérimentale d'un moteur Ericsson à cycle de Joule pour conversion thermodynamique de l'énergie solaire ou pour micro-cogénération." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00546852.
Full textAbstract:
Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe, à enceinte de compression et de détente distinctes, à récupérateur et à fluide de travail monophasique gazeux. Il fonctionne selon le cycle thermodynamique de Joule. Dans notre travail, nous avons tout d'abord développé un modèle théorique original de moteur volumétrique à cycle de Joule (moteur Ericsson). Les résultats théoriques obtenus sont présentés et commentés. Ensuite, nous avons caractérisé le prototype de machine de détente de moteur Ericsson qui a été réalisé au sein du LaTEP, soit la partie la plus délicate du moteur. Les résultats des essais en ‘mode moteur' et en ‘mode moteur entraîné' sont présentés, avec leurs commentaires et analyses. Les performances du prototype sont très encourageantes et sont conformes à celles de travaux théoriques antérieurs. Il a donc été décidé de concevoir et réaliser la partie compresseur du moteur qui a ainsi été ajoutée au prototype, de sorte que nous disposons à présent d'un prototype de moteur Ericsson complet.
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Tardieu, Alaphilippe Muriel. "Recherche d'un nouveau procédé de conversion thermodynamique de l'énergie solaire, en vue de son application à la cogénération de petite puissance." Pau, 2007. http://www.theses.fr/2007PAUU3036.
Full textAbstract:
Dans le contexte énergétique et environnemental actuel, il devient capital de développer des solutions énergétiques "propres". Le travail réalisé dans cette thèse consiste en la recherche d'une nouvelle solution thermodynamique de conversion de l'énergie solaire pour la production d'électricité de faible puissance (< 50 kW) adaptée aux applications de cogénération. De technologie simple et accessible aux pays en voie de développement, le système doit pouvoir concurrencer les procédés existants : photovoltaïques et Dish-Stirling. Une classification des systèmes générateurs d'énergie motrice, réalisée à partir d'un "caryotype", permet de répertorier les solutions thermodynamiques envisageables pour la conversion de l'énergie solaire. Le système finalement choisi est basé sur le couplage d'un moteur Ericsson en cycle ouvert avec un capteur cylindro-parabolique de conception simple. Une première étude théorique des performances énergétiques et exergétiques instantanées de ce système est complétée par une analyse des performances en condition d'ensoleillement réel, avec et sans stockage thermique, puis pour deux localisations, l'une en France, l'autre en Algérie. Ces analyses conduisent au dimensionnement d'installations et à l'évaluation des performances journalières mensuelles et annuelles. Enfin, une analyse expérimentale permet de caractériser les aspects liés aux transferts thermiques dans le capteur solaire cylindro-parabolique. Le travail réalisé démontre finalement l'intérêt d'un tel système et encourage à poursuivre les investigations dans cette voieNowadays, in our energy and environmental context, one of our major problems is the development of "clean" energy solutions. The subject of this thesis consists in the research of a new solution of thermodynamic solar energy conversion, in order to produce low power electricity (< 50 kW) adapted to cogeneration. The technology has to be simple and suitable for developing countries. The system must be able to become a challenge to the existing processes: i. E. Photovoltaïc or dish Stirling systems. A general classification of small size power system, realized from a "karyotype", allows to list the possible solutions for solar energy conversion. The system finally chosen is based on the coupling of an Ericsson engine in opened cycle with a simple parabolic trough collector. A first theoretical analysis of the energetic and exergetic performances of the system is completed by an analysis of the power plant performances during a real period of sunshine, with and without thermal storage, then for two locations, the first one in France, the other in Algeria. These analyses lead to the sizing of the system and the evaluation of the monthly and annual daily performances. Finally an experimental analysis allows to characterize the thermal transfers in the parabolic trough solar collector
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Roget, Fabien. "Définition, modélisation et validation expérimentale d’une capacité de stockage thermique par chaleur latente adaptée à une centrale thermodynamique solaire à basse température." Thesis, Toulon, 2012. http://www.theses.fr/2012TOUL0004/document.
Full textAbstract:
Ce travail est effectué dans le cadre d'une thèse Conventions Industrielles de Formation par la Recherche (CIFRE) entre l’entreprise Sophia Antipolis Énergie Développement (SAED) à Valbonne et l'Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) – CNRS – Université du Sud Toulon-Var.L’objectif de cette collaboration est l’évaluation du potentiel technico-économique de divers matériaux pour le stockage de l’énergie thermique par chaleur latente, adapté aux niveaux de température des capteurs solaires développés par SAED. En effet, le stockage de l’énergie est un des principaux verrous technologiques reconnus pour les procédés ayant recours à des énergies renouvelables intermittentes et en particulier pour les centrales héliothermodynamiques.Après une introduction sur le potentiel et l’intérêt des centrales solaires thermodynamiques à basse température, un bref état de l’art des principaux types de stockage de l’énergie est présenté. Le deuxième chapitre aborde plus en détail le principe du stockage thermique par chaleur latente et recense une centaine de matériaux sélectionnés dans la littérature pour leur changement de phase dans la gamme de température 70 - 140°C. Les critères de sélection retenus y sont exposés.Des analyses thermiques par calorimétrie différentielle à balayage sont effectuées de façon systématique sur les différents Matériaux à Changement de Phase (MCP) sélectionnés. Les résultats de ces mesures, présentés dans le chapitre III, caractérisent avec précision le comportement de ces matériaux au chauffage. La transformation au refroidissement est étudiée au moyen d’un dispositif conçu spécifiquement pour représenter au mieux les conditions imposées dans une enceinte industrielle. Cette étude, présentée dans le chapitre IV, permet d’affiner la sélection des MCP pour ne garder que ceux dont la réversibilité du changement d’état est compatible avec une utilisation industrielle en tant que milieu de stockage de l’énergie thermique. Les chapitres V et VI permettent d’étudier plus en détails les spécificités de deux types de MCP que sont les polyols et les mélanges eutectiques de nitrates.Le dernier chapitre est consacré à la modélisation des échanges thermiques au sein d’une cuve de stockage contenant un MCP encapsulé. L’objectif est de disposer d’un outil de prédiction des performances d’une unité de stockage par chaleur latente, afin d’analyser l’influence des différentes solutions envisagées sur le productible d’une centrale thermodynamique solaire et leur impact sur le coût du kWh électrique produitThis work of thesis is done within the framework of industrial agreements research training, between the company Sophia Antipolis Energie Développement (SAED) in Valbonne, and the Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) – CNRS – University Sud Toulon-Var.The aim of this collaboration is to investigate the technical and economic potential of various materials for thermal energy storage by latent heat, suitable for temperature levels of the solar collectors developed by SAED. Indeed, energy storage is a major technological barrier to the process resorting to intermittent renewable energies and especially for thermodynamic solar power plants.After an introduction on the potential and interest of solar power plants working at low temperature, a brief state of art of the main types of energy storage is presented. The second chapter addresses in detail the principle of thermal storage by latent heat and identifies a hundred of selected materials from the literature for phase change in the temperature range 343 - 413 K. The selection criteria are exposed.Thermal analyses by differential scanning calorimetry are carried out systematically on the various selected Phase Change Materials (PCMs). The results of these measurements, presented in chapter III, accurately characterize the material behavior when heated. The transformation on cooling is studied using a device specifically designed in order to be more representative of conditions found in an industrial enclosure. This study, presented in chapter IV, allows refining the selection of PCMs retaining only those whose phase change reversibility is compatible with an industrial use as medium for thermal energy storage. Chapters V and VI are used to study in further detail the specifics of two types of MCP, respectively polyols and eutectic mixtures of nitrates.Final chapter deals with the modeling of heat transfer into a storage tank containing encapsulated PCM. The aim is to provide a tool for predicting the performance of a latent heat storage unit, in order to analyze the influence of different options on the solar power plant energy yield and their impact on the kWh cost
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Boulnois, Gabriel. "Intégration d'un procédé de stockage thermochimique à une centrale solaire thermodynamique : de l'expérimentation à l'échelle matériau aux performances énergétiques à l'échelle système." Thesis, Perpignan, 2016. http://www.theses.fr/2016PERP0013/document.
Full textAbstract:
Les procédés de stockage de chaleur haute température par voie thermochimique solide/gaz présentent un grand intérêt pour des applications à des centrales solaires thermodynamiques. Le couple réactif CaO/Ca(OH)2 est adapté à cette application pour des déstockages entre 350 et 550°C sous des pressions de vapeur entre 0,2 et 2bar. Les paramètres de transferts de chaleur et de masse de lits de Ca(OH)2+GNE ont été évalués au travers de corrélations et d'expérimentations. Des expérimentations ont permis d'atteindre des puissances en réaction de déstockage supérieures à 200kW.m-3 pour des durées compatibles avec les centrales solaires (1 à 15h). Un modèle 2D a été développé, validé et exploité afin d'étudier les influences couplées des différents paramètres sur les performances du TCS. Enfin, l'intérêt de différentes configurations d'intégration du TCS dans la centrale solaire ont été mis en évidence en termes de performances et de puissances thermiques échangées avec les sources et puitsHigh-temperature heat storage processes using thermochemical solid/gas reaction exhibit great interest for applications in solar thermodynamic power plants. The reactive pair CaO/Ca(OH)2 is suitable for this recovery step application ranging from 350 to 550°C within steam pressures from 0.2 to 2 bar. Heat and mass transfer Ca(OH)2+GNE beds parameters were evaluated through correlations and experimentations. Experiments achieved recovery reaction powers above 200kW.m-3 for compatible durations with solar power plants (1 to 15 hours). A 2D model was developed, validated and exploited to study the coupled influences of different parameters on the performance of TCS. Finally, the benefit of different configurations of TCS integration within the solar power plant have been highlighted in terms of thermal performances and sources and sinks power exchanges
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Lambert, Julien. "Transfert Radiatif hors équilibre thermodynamique local dans les atmosphères d'étoiles supergéantes rouges." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00795445.
Full textAbstract:
L'eau est un constituant essentiel de l'atmosphère des supergéantes rouges (RSG), dont l'influence reste mal comprise. Le spectre observé de l'eau de ces étoiles ne peut être reproduit que par l'ajout d'une coquille de gaz moléculaire, les MOLsphères. Cependant, l'hypothèse des MOLsphères reste fragile et sujette à caution. Dans le but de mieux interpréter les spectres observés, la synthèse de spectres hors équilibre thermodynamique local est une approche potentiellement importante. Les effets hors ETL étant potentiellement fort, ils pourraient être en mesure de lever les problèmes de l'interprétation des raies de l'eau sans ajout de MOLsphère et impliquer un rôle important dans la dynamique de l'atmosphère. Pour cela, nous avons développé une méthode originale en mesure de résoudre l'équation de transfert pour les nombreuses transitions radiatives de l'eau sans l'approximation ETL. Cette méthode a été mise en oeuvre via le développement d'un code de transfert radiatif parallèle. Les premiers résultats montrent que les effets hors ETL dans l'atmosphère des RSG, et leur impact sur le spectre comme sur certaines observables utilisées pour sonder ces étoiles, sont importants.
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Anies, Guillaume. "Modélisation, simulation dynamique, validation expérimentale et optimisation énergétique d’une unité de rafraîchissement solaire par absorption." Thesis, Pau, 2011. http://www.theses.fr/2011PAUU3029/document.
Full textAbstract:
Le rafraîchissement solaire constitue une alternative intéressante à la climatisation réalisée au moyen de machines frigorifiques à compression mécanique de vapeur dont l’alimentation est électrique. Parmi les différentes solutions susceptibles de convenir, l’utilisation d’un cycle frigorifique tri-therme permet une valorisation de chaleur solaire en énergie frigorifique et constitue une voie prometteuse. Cependant, la variabilité des conditions aux limites (météorologiques notamment) et de ses influences temporelles sur le comportement global rend, à ce jour, très difficile, l’évaluation des performances énergétiques du système et plus encore son dimensionnement optimal, compte tenu de l’absence de moyen d’investigation. Cette thèse introduit la problématique du sujet et analyse les différentes technologies de rafraîchissement solaire envisageables à l'heure actuelle, afin d'expliquer la forte prépondérance des systèmes à absorption. Ensuite, pour répondre au problème, une nouvelle méthode de modélisation de ces machines permettant la prédiction des performances en régime transitoire est introduite et appliquée à quatre machines du marché. Puis, une installation pilotede rafraîchissement solaire est présentée dans le but d'analyser et de comprendre son comportement dynamique, afin d'identifier des voies d'optimisation. Enfin, les résultats expérimentaux de cette installation sont utilisés dans le but de développer et valider un outil complet d'analyse et d'optimisation des performances, c'est à dire depuis le champ de capteurs jusqu'à la distribution de froid. Cet outil de modélisation de systèmes de rafraîchissement solaire pourra ensuite être valorisé par la mise au point d'une méthodologie d'aide au dimensionnement de ce type d'installation, destiné au décideur ou à l'ingénieurThe general context of the thesis is the solar cooling. This is an interesting alternative to conventional air conditioning systems, that is to say systems using mechanical vapour compression from electric power. Among the various solutions that may be suitable, the use of a refrigeration tri-thermal cycle is a promising issue. However, given the lack of means of investigation, the variability of the boundary conditions (including weather) and its temporal influences on the overall behaviour makes it very difficult, to evaluate the energy performance of the system nowadays, and even more difficult its optimal sizing. This thesis introduces the issue of the subject and analyzes the different state-of-the-art solar cooling technologies in order to explain the strong predominance of absorption systems. Then, to address the problem, a new method of modelling of these machines for the prediction of transient performance is introduced and applied to four machines on the market. Then, a solar cooling pilot is presented in order to analyze and understand its dynamic behaviour, to identify ways of optimization. Finally, the experimental results of this plant are used in order to develop and validate a completeanalysis and performance optimization methodology, i.e. from the collector field to the cooling distribution. This modelling tool for solar cooling systems can then be enhanced by the development of a methodology to help the design of this type of installation, for the decision maker or for the engineer
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Lefebvre, Emeline. "Procédé par absorption avec stockage d’énergie solaire intersaisonnier intensifié par la cristallisation de l’absorbant : recherche & caractérisation thermodynamique de nouveaux couples : conception de la cuve de stockage." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10248.
Full textAbstract:
Le potentiel de l'énergie solaire comme énergie renouvelable a été largement démontré depuis plusieurs années. Le stockage inter-saisonnier de cette énergie peut être réalisé au moyen d'un nouveau procédé basé sur l'absorption de la vapeur d'eau par une solution saline. L'innovation de ce procédé réside en la cristallisation du sel dans la cuve de stockage pour optimiser les capacités de stockage. Une étude préalable a été réalisée en utilisant le bromure de lithium (LiBr) comme absorbant avec des rendements thermiques très encourageants. Toutefois, son prix élevé ne permet pas d'envisager son utilisation dans un procédé industriel. L'objectif de cette thèse est d'évaluer et de déterminer de nouveaux couples d'absorption potentiellement utilisables industriellement dans ce procédé. Le premier chapitre présente une étude bibliographique des procédés de stockage, plus particulièrement ceux basés sur l'absorption. Les deuxième et troisième chapitres présentent les propriétés thermodynamiques des sels, obtenues par des mesures calorimétriques et de pressions de vapeur, et le calcul des paramètres procédés qui ont conduit au choix du couple de sorption permettant de répondre à l'ensemble des spécifications du procédé. Le quatrième chapitre présente l'étude de l'équilibre solide/liquide/vapeur de ce nouveau couple, pour obtenir l'ensemble des données de base nécessaires pour l'étude de la cristallisation du sel dans l'eau, et sa comparaison avec le couple LiBr/H20. Ce point est présenté dans le dernier chapitre en synergie avec des modélisations CFD des écoulements au sein de la cuve de stockageThe use of solar energy as a renewable energy has been widely demonstrated since many years. Thermal solar energy storage is an interesting way of reducing gas emissions. This storage can be achieved using water vapor absorption-desorption in a binary system with a desiccant salt. The innovation of this project is the crystallization of the salt solution as its temperature falls under the storage temperature to optimize the storage capacity. A previous work was realized using LiBr as absorbent. In spite of its interesting efficiency, two major drawbacks have been underlined: its price and its low storage capacity. This work is dedicated to evaluate and characterize new potential candidates of absorbent usable in the industrial process. The first chapter presents a bibliography report of the various thermal energy processes. The second and third chapters display the thermodynamical properties of the selected binary systems, calculated from calorimetric and vapor pressure measurements, and calculated process parameters which lead to select the new absorbent. The fourth chapter is based on the study of the solid/liquid/gas equilibrium of the new binary system and of LiBr/H20 to characterize the crystallized phases in many different equilibrium states. Finally, the last chapter presents a preliminary study of the CFD modeling of the non-isothermal flow in the storage tank and the suggested geometries tested for the crystallization of KHCOO in the storage tank
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Omri, Amna. "Analyse de la transition vers les énergies renouvelables en Tunisie : Risques, enjeux et stratégies à adopter." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR0030/document.
Full textAbstract:
L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les risques et les barrières d’investissement dans le secteur des énergies renouvelables, en Tunisie, et d’en déduire les stratégies et les mécanismes à adopter pour accélérer le processus de transition vers les énergies renouvelables. Bien que les fondements de cette thèse soient basés sur l’analyse économique, elle privilégie, plutôt, une approche interdisciplinaire de management du risque. Nous avons procédé à une étude de cas d’un projet d’énergie solaire thermodynamique à concentration (le projet « TuNur ») qui aura lieu au sud de la Tunisie. Nous avons utilisé la méthode d’Analyse Globale des Risques (AGR) qui permet de déterminer les cartographies des risques (le diagramme de Kiviat et le diagramme de Farmer) ainsi que les moyens pour les réduire. L’application de cette méthode nous a permis de dégager la liste des 8 risques majeurs ainsi que les mécanismes et les stratégies à adopter pour les réduire. A la fin de cette thèse, nous avons présenté les différentes formes de gouvernance énergétique qui permettent de faciliter la diffusion des énergies renouvelables en Tunisie. Nous avons expliqué le fait que la politique énergétique de transition vers les énergies renouvelables doit être faite par les autorités publiques, au début, mais elle doit progresser rapidement vers d’autres formes de gouvernance, en passant par la participation du secteur privé et la gouvernance locale participative jusqu’à arriver à un stade où la gouvernance des risques devient nécessaireThe main objective of this thesis is to identify and analyze the risks and barriers faced by renewable energy investors, in Tunisia, and to deduce strategies and mechanisms that should be adopted to accelerate the process of transition to renewable energies. Although the foundations of this thesis are based on the economic analysis, it favors, rather, an interdisciplinary approach of risk management.We conducted a case study of a project of concentrating solar power (the “TuNur” project) which will be held in southern Tunisia. We used the Global Risk Analysis method (GRA) which permits the determination of cartographies of risks (Kiviat diagram and Farmer diagram) and the ways to reduce them. The application of this method allowed us to generate a list of 8 major risks and the mechanisms and strategies to reduce them. At the end of this thesis, we presented the different forms of energy governance that facilitate the diffusion of renewable energies in Tunisia. We explained that the energy policy of transition to renewable energies must be made by public authorities, at the beginning, but it must quickly move to other forms of governance, through private sector participation and participative local governance until we get to a stage where the risk governance becomes necessary
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Leo, Jessica. "Modélisation et conduite optimale d'un cycle combiné hybride avec source solaire et stockage." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT123/document.
Full textAbstract:
Cette thèse s'intéresse à la coordination des sous-systèmes d'un nouveau genre de centrale de production d'énergie : un cycle combiné hybride (HCC - Hybrid Combined Cycle). Cette centrale HCC n'existe pas encore mais combine un cycle combiné gaz (CCG), un moyen de production solaire thermodynamique (miroirs cylindro-paraboliques) et un moyen de stockage thermique (stockage indirect de chaleur sensible utilisant deux réservoirs de sels fondus). Comment coordonner ces trois sous-systèmes de manière optimale lors des variations de demande de puissance ou des prix du gaz ?Dans un premier temps, chacun des trois sous-systèmes est étudié de manière indépendante afin d'obtenir, d'une part, un modèle physique permettant de caractériser le comportement dynamique du sous-système considéré et, d'autre part, un contrôle local qui agit en fonction des objectifs de fonctionnement prédéfinis. Un modèle du système complet interconnecté de l'HCC est ensuite obtenu en couplant les modèles des trois sous-systèmes. Enfin, une coordination des différents sous-systèmes est mise en place pour adapter le fonctionnement de chacun, en fonction des objectifs globaux de la centrale HCC complète, en optimisant les consignes de chaque sous-système. Dans ce travail, une coordination de type linéaire quadratique et une coordination de type optimale prédictive sont étudiées. Les résultats obtenus sont bien prometteurs : ils montrent, tout d'abord, que lors d'un appel de puissance, la commande coordonnée permet au système HCC de répondre plus rapidement, en utilisant plus efficacement la partie solaire. De plus, lorsque la demande subit beaucoup de variations, la partie solaire et la partie stockage absorbent toutes ces variations et la Turbine à Combustion (TAC) du CCG est beaucoup moins sollicitée. Lorsqu'il n'y a plus d'irradiation solaire, la partie stockage prend la relève pour continuer à produire de la vapeur solaire, jusqu'à ce que les stocks se vident. Finalement, le stockage permet d'ajuster la production de la TAC en fonction des prix du gazThis work concerns the subsystems coordination of a new type of power plant: a Hybrid Combined Cycle (HCC). This HCC plant is not yet build but consists of a Combined Cycle Power Plant (CCPP), a concentrated solar plant (parabolic trough) and a thermal storage system (a molten-salts two-tank indirect sensible thermal storage). How to coordinate these three subsystems optimally during variations in power demand or in gas price?First, each subsystem is studied independently in order to get on one hand a physical model that reproduces the dynamical behavior of the considered subsystem, and on the other hand, a local control that achieves an operation according to pre-specified objectives. Then, a model of the HCC system is obtained by coupling the models of the three defined subsystems.Eventually, a coordination of the subsystems is set up in order to adapt the behavior of each subsystem according to the global objectives for the full HCC system, by optimizing subsystem setpoints. In this study, a linear quadratic coordination and a model predictive coordination are designed. The obtained results are promising: they first show that during a power demand, the coordination allows the global system to quickly respond, using extensively the solar production. Besides, when the power demand undergoes many fluctuations, the solar and storage parts absorb these variations and the gas turbine of the CCPP is much less stressed. In addition, when there is no more solar radiation, the storage part continues producing solar steam, until storage tanks are empty. At last, the storage part allows to adjust the gas turbine production according to the gas prices
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Ko, Gaelle Kafira. "Etude et modélisation dynamique d'un concentrateur à miroir linéaire de Fresnel." Thesis, Perpignan, 2019. http://www.theses.fr/2019PERP0018/document.
Full textAbstract:
Parmi les technologies de solaire thermodynamique, la technologie du linéaire de Fresnel semble la plus adaptée aux régions d’Afrique Sub saharienne. Cela en raison de la simplicité de la technologie. C’est dans cette optique qu’un collecteur de type linéaire de Fresnel d’une superficie de 7,5 m² de miroirs a été construit au laboratoire énergies renouvelables et efficacité énergétique (LabEREE). La construction du collecteur s’est faite en utilisant en priorité les matériaux disponibles localement afinde rendre la technologie plus accessible aux populations locales et de réduire les coûts de fabrication. Des tests sont effectués sur le collecteur afin de déterminer ses rendements optiques, thermiques et globaux. Dans un premier temps, une revue bibliographie des différents collecteurs de type linéaire de Fresnel nous a permis d’identifier les variantes, de cette technologie, les plus adaptées au contexte dela région . Un modèle thermique et un modèle optique ont été mis en place comme outils de dimensionnement et d’optimisation du collecteur. Les résultats expérimentaux obtenus ont été utilisés pour valider les différents modèles mis en place. Le rendement global du collecteur obtenu expérimentalement est de 21% et il a un facteur de concentration local de 6Among the different technologies of concentrated solar power plant, the linear Fresnel, thanks to its simplicity, appears the most adapted to rural area of Sub Sahara region. A linear Fresnel collector of 7.5 m² has been built in “laboratoire énergies renouvelables et efficacité énergétique (LabEREE)”. The collector have been designed using material available locally by local man power. This reduces the total cost of the technology and makes it affordable for local population. The collector has been characterized in order to find optical, thermal and global efficiencies. In first time, a review on different linear Fresnel collector allows finding the technology that is most adapted to the Sub-Saharan region. An optical and thermal model of the collector has been done as a tool for designing and optimisation. The experimental results enable to validate the different models done. The collector has an effective concentration factor of 6 and a global efficiency of 21%
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Veynandt, François. "Cogénération héliothermodynamique avec concentrateur linéaire de Fresnel : modélisation de l’ensemble du procédé." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0116/document.
Full textAbstract:
Le concentrateur à réflecteur linéaire de Fresnel (LFR) est une technologie solaire thermodynamique en plein essor : petites applications industrielles (chaleur, froid, électricité) à centrales électriques (10-100 MWel). Ce travail de thèse établit un modèle global du procédé solaire, en régime permanent, pour un prédimensionnement du système. Le modèle comprend trois parties chaînées : (i) les transferts radiatifs dans le concentrateur optique, modélisés précisément par une méthode de Monte Carlo (environnement EDStar) ; (ii) les transferts thermiques dans le récepteur, évalués analytiquement (puissances, températures) ; (iii) le cycle thermodynamique, avec Thermoptim. L’application étudiée couple un concentrateur LFR à un moteur Ericsson. L’air est fluide caloporteur et de travail. Un prototype est en construction. L’hybridation et le stockage thermique sont des options clés. Un modèle systémique permettrait d’optimiser l’opération du procédé, en étudiant son comportement dynamiqueLinear Fresnel Reflector (LFR) is a promising Concentrating Solar Power technology. Research is booming and industrial applications are emerging. Applications range from small production units (heat, cold, electricity) to utility scale power plants (several tenths of MW). This PhD work establishes a global model of the solar process, in order to improve our knowledge of the system’s performances. It is a static model suited for a pre-design of the system. The model is chaining three parts. Radiative heat transfer in the optical concentrator is modelled by Monte Carlo statistical Method. The algorithm enables a detailed study of any geometrical configuration, especially through absorbed power flux maps on the receiver. The simulation tool is using the environment of development EDStar. The thermal model calculates analytically the useful thermal power, losses and temperature profiles along the receiver (glass cover, fluid, pipe...). The thermodynamic cycle is simulated analytically using the software Thermoptim. The studied application uses air as heat transfer and working fluid. Air directly feeds an Ericsson engine. The engine developed by LaTEP laboratory is promising for small scale cogeneration (1 to several tenths of kWel). The prototype Linear Fresnel Reflector built in Ecole des Mines d’Albi will enable experimental study of a solar process coupling an LFR concentrator and an Ericsson engine. The technology under study can feed a power plant or a cogeneration system in the industry, producing electricity and heat at 100 to 250°C. Hybridisation with an other energy source (biomass, gas...) and thermal storage (molten salt?) are key features to investigate. To optimise the operating strategy of the process, dynamic behaviour must be studied: a systemic or agent based model is a very relevant approach
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Chabrillat, Simon H. "Modélisation du changement global dans l'atmosphère moyenne." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2001. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211595.
Full textAbstract:
Les abondances atmosphériques du dioxyde de carbone et du méthane augmentent progressivement, modifiant probablement le climat global de l'atmosphère. Bien que ces effets soient très étudiés dans la troposphère, ils le sont peu dans l'atmosphère moyenne (20 - 120 km) où ils pourraient avoir un impact plus facilement détectable. Nous nous intéressons en particulier à la mésosphère/basse thermosphère (MLT), où apparaissent de plus en plus souvent des nuages mésosphériques polaires (PMC). La MLT est sensible au niveau d'activité solaire, qui varie selon un cycle de onze ans.Nous évaluons les impacts de ces deux changements anthropiques et de ce cycle naturel sur la température et la chimie de la MLT. Pour ce faire, nous participons au développement d'un modèle bidimensionnel de l'atmosphère :SOCRATES. Ce modèle calcule interactivement les moyennes zonales des vents, de la température et de la composition chimique de l'atmosphère en fonction de la latitude (85°S-85°N) et de l'altitude (0-120 km). Avant de nous intéresser au changement global, nous avons dû améliorer SOCRATES pour qu'il reproduise au mieux la situation chimique, dynamique et thermique actuellement observée.
Nous avons ainsi modifié la résolution du système chimique; développé une nouvelle paramétrisation de l'absorption par O2 du rayonnement solaire ultraviolet à Lyman-&61537; (121.6 nm) [Chabrillat et Kockarts, 1997] ;créé une approximation des sources thermosphériques de NO; paramétrisé le forçage dynamique par déferlement des ondes de gravité pour reproduire de manière très réaliste les observations actuelles de température dans la MLT ;et développé un algorithme pour prendre en compte non seulement la diffusion turbulente mais aussi la diffusion moléculaire. Tous ces développements sont décrits en détail, et leurs effets sur la physico-chimie de la. MLT sont analysés. Les concentrations chimiques calculées par le modèle sont comparées avec succès à des observations - en particulier de l'ozone et du radical hydroxyle.
Nous étudions ensuite en détail l'impact du cycle solaire de onze ans sur la MLT. Une analyse complète du budget thermique nous permet d'établir, par exemple, que la raie Lyman-&61537; est responsable de la moitié du réchauffement entre SOLMIN et SOLMAX. Nous évaluons alors la sensibilité de la MLT à un doublement (théorique) de l'abondance de C02. Nous trouvons qu'aux hautes latitudes et en été, zone d'apparition des PMC, cet effet est très faible. Puis nous réalisons une simulation où le méthane est ramené à son niveau préindustriel. L'accroissement de CH4 depuis cette époque est responsable, non seulement de l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère moyenne, mais aussi d'un léger refroidissement dans la MLT. Cet effet est maximal dans les régions polaires et en été, là où les deux autres sont minimaux.
Nous concluons par une grande simulation intégrée de l'évolution du climat et de la chimie de l'atmosphère moyenne au cours du XXIe siècle. Nous trouvons qu'au niveau d'apparition des PMC, la tendance au refroidissement est plus faible que partout ailleurs. Par contre, la vapeur d'eau augmente plus rapidement en été qu'en hiver. Ces calculs fournissent des indices pour réconcilier les observations plus fréquentes des PMC avec une synthèse des températures mesurées dans l'été arctique, selon laquelle les températures n'auraient pas varié depuis quarante ans.
Doctorat en sciences appliquées
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Chen, Danying. "Revêtements multicouches à base de nitrure d'aluminium pour les récepteurs des systèmes solaires à concentration." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI079.
Full textAbstract:
Il y a un intérêt croissant pour les systèmes d'énergie solaire concentrée (CSP) qui peuvent fonctionner à des températures supérieures à 1000 °C afin d'optimiser leur efficacité. L'un des défis consiste à définir un matériau récepteur qui sera soumis à un chauffage à haute température dans l'air. Contrairement aux revêtements utilisés dans les turbines à gaz, le ou les systèmes revêtement(s)/substrat doivent avoir une conductivité thermique élevée pour assurer un transfert thermique optimal vers le fluide. Les revêtements de nitrure d'aluminium (AlN), déposés par dépôt chimique en phase vapeur à 1100-1200 °C à une vitesse de croissance de 10-50 µm·h-1, sont choisis pour leur conductivité thermique élevée, leur faible coefficient de dilatation thermique, leur stabilité thermique élevée et leur capacité à développer des couches stables d'alumine au-dessus de 1000 °C. Les alliages à base de molybdène sont choisis comme substrat pour leurs excellentes propriétés thermiques et mécaniques. Les alliages à base de fer formant des couches d'alumine sont également choisis comme substrats modèles pour étudier le potentiel de ces revêtements et réduire le nombre de paramètres lors de l'oxydation. Des tests accélérés d'oxydation cyclique et des mesures d'émissivité permettent d'évaluer les revêtements AlN comme matériaux pour les récepteurs CSP haute température. Les systèmes multicouches présentent une faible dégradation après des centaines de cycles thermiques à 800 °C dans l'air et peuvent supporter des températures plus élevées (1100 °C) pendant 100 à 500 h selon l'épaisseur du revêtement. Néanmoins, l'oxydation cyclique rapide dans les fours solaires conduit à des fissures dans les revêtements. Un modèle analytique est développé pour étudier l'évolution des contraintes dans le(s) système(s) revêtement(s)/substrat. Les résultats calculés sont en bon accord avec les données expérimentales. Les mesures des propriétés optiques révèlent une diminution de l'absorptivité après oxydation pour les revêtements AlN, mais une augmentation significative de l'absorptivité lorsque un revêtement de SiC est ajouté comme couche de finitionThere is an increasing interest for concentrated solar power (CSP) systems which can work at temperatures higher than 1000 °C to optimize efficiency. One of the challenges is to design the receiver that will be heated at high temperature in air. Compared to coatings in gas turbine engine, the coating(s)/substrate system must have a high thermal conductivity to ensure a good heat transfer to the fluid. Aluminum nitride (AlN) coating, deposited by chemical vapor deposition at 1100-1200 °C at a growth rate of 10-50 µm·h-1, is selected for its high thermal conductivity, low thermal expansion coefficient, high temperature stability and its ability to develop stable alumina scales above 1000 °C. Molybdenum-based alloys are selected as substrate materials for their excellent thermal and mechanical properties. The alumina-forming iron-based alloys are also chosen as model substrates to reduce the influencing parameters in real-life receivers and to study the potential of these coatings. Accelerated cyclic oxidation tests and emissivity measurements allow the evaluation of AlN coatings as materials for high temperature CSP receivers. The multilayered systems exhibit low degradation after hundreds of thermal cycles at 800 °C in air and can support higher temperatures (1100 °C) for 100 to 500 h depending on the coating thickness. Nevertheless, the fast cyclic oxidation in solar furnace leads to cracks through the coatings. An analytical model is developed to study the stress evolution within the coating(s)/substrate system. Calculated results are in good agreement with experimental data. The measurements of the optical properties reveal a decrease of absorptivity after oxidation for AlN coatings, but a significant increase of absorptivity when SiC coating is added as a top layer
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Bouvier, Jean-Louis. "Étude expérimentale d'une installation de micro-cogénération solaire couplant un concentrateur cylindro-parabolique et un moteur à cycle de Hirn." Thesis, La Rochelle, 2014. http://www.theses.fr/2014LAROS031/document.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse est d’étudier expérimentalement les performances énergétiques d'une installation de micro-cogénération solaire. Le prototype réalisé est constitué d'un concentrateur cylindro-parabolique associé à un moteur à vapeur fonctionnant suivant un cycle de Hirn (Rankine avec surchauffe). Les originalités de ce projet sont l’utilisation de l’énergie solaire, renouvelable et inépuisable mais intermittente, la génération directe de vapeur au sein d'un concentrateur de taille réduite (46,5 m²), le système de suivi solaire sur deux axes et le couplage à un moteur à piston non lubrifié. La première partie de l'étude porte sur le concentrateur seul. Son fonctionnement est étudié sur deux journées types (ensoleillée et nuageuse) et son rendement thermique est évalué. La dynamique du système est également abordée notamment par l'étude de sa réponse à des perturbations. Une régulation de type boucle ouverte a été mise en place et validée. La seconde partie concerne la caractérisation du moteur seul. Des essais ont été menés avec une puissance de source chaude stable puis variable. À partir des résultats obtenus, un modèle empirique est développé, puis exploité dans le cadre d'une étude paramétrique du moteur. Cette étude montre l'influence importante du ratio de pression et de la vitesse de rotation sur le rendement. Dans la dernière partie, les performances globales (rendement, puissances électrique et thermique produites) du micro-cogénérateur sont évaluées. Des essais à pression et à vitesse régulées sont présentés. A partir de cartographies de fonctionnement réalisées à l’aide d’un modèle empirique, une régulation basée sur l'utilisation d'un by-pass est alors mise en place, puis testéeThe objective of this thesis is the experimental study of the energy performances of a micro combined solar heat and power (micro-CHP) unit. The prototype is composed of a solar parabolic trough collector coupled to a Hirn (superheated Rankine) cycle engine. The originalities of this project are the use of solar energy which is renewable and inexhaustible but intermittent, the direct steam generation with a reduced size parabolic trough collector (46.5 m²), the two axis tracking system and the coupling with an oil-free reciprocating steam engine. The first part of this study is focussed on the solar collector. Thermal performances under sunny and cloudy conditions are presented and the thermal efficiency is evaluated. The system dynamic is also investigated through the characterization of the inertia as well as a study of its response to perturbations. Then a control strategy is set up and validated. The second part deals with the characterization of the engine. Tests have been performed with a stable and variable heat source power. From these tests, an empirical model has been developed and used in a parametrical study. This study shows the significant influence of the pressure ratio and of the rotational speed on the efficiency of the engine. In the last part, global performances (efficiency, output thermal and electrical powers) of the entire micro-CHP unit are evaluated. Tests with controlled pressure and speed are presented. From operating maps established from an empirical model, a control strategy based on the use of a by-pass is set up and tested
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Rodney, Elodie. "Développement d’une méthode de gestion des risques de projet et d’aide à la décision en contexte incertain : application au domaine des énergies renouvelables." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0399/document.
Full textAbstract:
Le risque est une propriété inhérente de chaque projet. En effet, tout projet est soumis, durant l’ensemble de son cycle de vie, à de nombreux risques qui sont d’origine interne et externe dont la maîtrise est un enjeu crucial pour la réussite du projet. Beaucoup d'outils de gestion des risques ont été développés, mais ont la faiblesse récurrente de ne représenter que le projet et traitent le risque de façon isolée. Les risques affectant le projet et étant générés par ce dernier, il est nécessaire de prendre en compte les nombreuses et complexes interactions entre projet, environnement et risques.Les travaux réalisés visent à mettre en place une méthode de gestion des risques inhérents aux projets en général et plus particulièrement aux projets du domaine compétitif des énergies renouvelables.Cette méthode s’appuie sur un cadre formel et des outils applicatifs permettant d’optimiser le management des risques liés au projet. En effet, un cadre de modélisation servant de support à la méthode et ayant pour but de faciliter la modélisation du projet en tant que système complexe a été déterminé. De plus, la représentation des interactions inhérentes au projet et la prise de décision ont été rendues possibles par la nature des attributs caractérisant les entités du projet et de son environnement, et les différents modèles d’évaluation, d’interprétation et de choix des alternatives. Cette méthode a été adaptée à la prise en compte des incertitudes inhérentes au projet et à son environnement. Pour cela, nous avons d’abord procédé à l’identification et à la description des incertitudes via la réalisation d’une base de connaissances relatives aux facteurs de risques et à la documentation des variables incertaines. Les incertitudes ont ensuite été formalisées, propagée et évaluéesRisk is an inherent property of each project. Indeed, any project faces, throughout its whole life cycle, numerous risks. Those risks can have an internal or an external origin. Be able to control risks is a crucial stake for the project success. Many risk management tools have been developed, but have the recurring weakness of representing only the project and treating the risk in isolation. Risks affect the project and are generated by the project itself. So, it is necessary to consider the numerous and complex interactions between project, environment and risks.The work carried out aims to develop a risk management method suitable for all types of projects and more particularly for projects of the competitive field of renewable energies.This method relies on a formal framework, as well as on application tools to optimize project risk management. Indeed, a modeling framework which supports the method and aims to facilitate the modeling of the project as a complex system has been developed. Moreover, the representation of the interactions and the decision making have been allowed by the nature of the attributes characterizing the entities of the project and its environment and the different models for evaluation, interpretation and selection of alternatives. This method was adapted to the uncertain context. For this purpose, uncertainties have been identified and described via the realization of a data base on risk factors. Then, uncertainties have been formalized, propagated and evaluated
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Gomez, Garcia Fabrisio. "Analyse du potentiel de nouvelles structures d'absorbeur volumétrique pour les récepteurs des centrales solaires à tour." Thesis, Perpignan, 2015. http://www.theses.fr/2015PERP0002.
Full textAbstract:
L’un des éléments clé pour atteindre de hauts rendements dans les centrales solaires à récepteur volumétrique est l’absorbeur. Sa structure poreuse permet au rayonnement solaire de pénétrer à l’intérieur, où l'énergie absorbée doit être transférée efficacement par convection au fluide qui la traverse. Dans ce travail, deux types d’absorbeurs innovants sont présentés et analysés : l’un constitué par une série d’éléments empilés avec une structure en forme de grille, l’autre par des éléments similaires à des stores vénitiens. A titre de référence, un absorbeur classique à nid d’abeilles est aussi évalué. La propagation du rayonnement solaire au sein des absorbeurs est modélisée au moyen de la technique de lancer de rayons, basée sur la méthode de Monte Carlo. Leur comportement thermo-hydraulique est simulé par la méthode des éléments finis. Les caractéristiques géométriques des deux absorbeurs proposés améliorent le transfert thermique par convection par rapport aux absorbeurs alvéolaires et la modification des leurs principaux paramètres géométriques nous a permis d’augmenter la longueur d’extinction du rayonnement solaire. Cependant, l’accroissement de leur surface frontale apparente augmente les pertes par réflexion. A l’issu des résultats théoriques, l’absorbeur à stores vénitiens a été retenu pour l’analyser expérimentalement. Ses performances thermiques sont comparées avec celles d’un absorbeur alvéolaire. Ces résultats montrent également que la structure de l’absorbeur proposé intensifie les échanges thermiques vers le fluide. De plus, ce type d’absorbeur atteint un meilleur comportement thermique à de hauts flux radiatifs et à des débits élevésOne of the key elements for achieving a high efficiency in solar power plants with volumetric receiver is the absorber. Its porous structure allows the solar radiation to penetrate inside it, where the absorbed energy should be transferred efficiently by convection to the fluid which crosses through it. In this work, two types of innovative absorbers are presented and analyzed: one consisting of a set of stacked elements with a grid-like structure, the other with elements similar to venetian blinds. As a reference, a conventional honeycomb absorber is also evaluated. The solar radiation propagation within the absorbers is modeled through the ray tracing technique, based on the Monte Carlo method. Their thermohydraulic behavior is simulated by the finite element method. The geometrical characteristics of the two proposed absorbers improve convective heat transfer compared to honeycomb absorbers and the modification of their main geometric parameters allowed us to increase the extinction length of solar radiation. However, the increase of their apparent frontal surface rises up reflection losses. Based on the theoretical results, the venetian blind absorber was selected to analyze it experimentally. Its thermal performance is compared with that of a honeycomb absorber. These results also indicate that the structure of the proposed absorber intensifies the heat exchange to the fluid. Moreover, this kind of absorber reaches a better thermal behavior at high heat flux and at high flow rates
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Nahhas, Tamar. "Materials and thermal storage systems by sensible heat for thermodynamic electro-solar plants." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0027.
Full textAbstract:
L'énergie solaire est connue pour sa nature intermittente par rapport aux ressources d’énergie fossile. Cette observation souligne la nécessité d'utilisation d’un système de stockage d'énergie thermique. Le système de stockage thermocline est considéré comme un système de stockage rentable. La présente thèse vise à étudier le potentiel des roches basaltiques et siliceuses comme des candidates matériaux de stockage pour les centrales solaires concentrées. Les études expérimentales des propriétés thermo-physiques et thermomécaniques de ces roches à des températures allant jusqu'à 1000°C montrent que ces roches offrent de bonnes propriétés thermiques par rapport aux matériaux classiques de stockage. L'analyse du système de stockage thermocline sur un lit de roches à air direct est réalisée par une approche numérique. En outre, cette recherche vise également à évaluer l’impact environnementale de ce type de système de stockage en effectuant une analyse comparative de son cycle de vie. Enfin, une étude complémentaire réalisée dans le but de produire une carte d'indice de pertinence a permis d’identifier les zones les plus appropriées pour la construction des centrales solaires en Egypte. L'originalité de cette approche alternative pour le stockage d'énergie thermique est qu’elle combine la performance et la disponibilité des matériaux de stockage tout en réduisant leurs impacts environnementaux et financiersCompare to fossil fuel energy resources, solar energy is known for its intermittent nature. This observation highlights the need for the use of a thermal energy storage system. The thermocline storage system is considered as a cost-effective storage system. This thesis aims to study the potential of basalt and silex rocks as candidate storage materials for concentrated solar power plants. Experimental studies of the thermo-physical and thermo-mechanical properties of these rocks at temperatures up to 1000°C show that these rocks offer good thermal properties compared with conventional storage materials. The analysis of the thermocline storage system of air rock-packed bed is carried out using a numerical approach. This research also aims to assess the environmental impact of this type of storage system by conducting a comparative analysis of its life cycle. Finally, a complementary study carried out with the aim of producing a relevance index map made it possible to identify the most suitable areas for the construction of solar power plants in Egypt. The originality of this alternative approach for thermal energy storage is that it combines the performance and availability of storage materials while reducing their environmental and financial impacts
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Andreani, Anne-Sophie. "Revêtements céramiques réfractaires à résistance accrue à l’oxydation : corrélation entre mécanisme de diffusion, microstructure et composition." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14172/document.
Full textAbstract:
Pour améliorer la durée de vie des matériaux à haute température et sous atmosphère oxydante, une solution est l’utilisation d’une protection de surface constituée de matériaux ultra réfractaires non oxydes. Un des objectifs principaux de cette thèse est la sélection et la validation expérimentale de nouvelles compositions chimiques de revêtements utilisés en condition oxydante et corrosive à ultra haute température. Les recherches s’appuient sur une démarche expérimentale physico-chimique se basant sur une approche thermodynamique et thermochimique menée au préalable pour choisir les composés. Les revêtements doivent être stables chimiquement, compatibles thermomécaniquement avec le substrat et adhérent de la température ambiante à celle d’utilisation. De plus, Ils doivent jouer le rôle de barrière environnementale et/ou de barrière thermique.Des tests d’oxydation sont réalisés au four solaire sur les systèmes de matériaux non oxydes massifs élaborés par frittage flash. En parallèle, des composites modèles constitués d’une fibre de carbone revêtue par PVD d’un revêtement métallique ultra réfractaire ont été élaborés puis chauffés par effet Joule afin de réaliser des tests d’oxydation. La compréhension des mécanismes entrant en jeu lors de l’oxydation de ces « nouveaux » revêtements est aussi un des challenges de ce manuscrit. Par ailleurs, elle aide à la classification de ces matériaux selon leur résistance à l’oxydationIn order to improve material’s lifetime used at a temperature above 2500°C and under oxidizing atmosphere, a solution is to use a surfacing protection constituted of non oxide refractory materials. One of the main objectives of this thesis is to select and experimentally validate new chemical coating compositions which will be used under corrosive and oxidizing atmosphere at ultra high temperature (more than 2000°C). A preliminary thermodynamic and thermo-chemical study aims to select compounds. These compounds are then analyzed with physic-chemical tests. Coatings have to be chemically stable, thermo-mechanically compatible with the substrate and have to stick to the substrate from ambient temperature to more than 2000°C. Moreover, coatings have to act as an environmental barrier and/or as a thermal barrier.Two kinds of oxidation tests are made. On one hand, non oxide massive material’s systems are fabricated by spark plasma sintering in order to be tested at the solar furnace. On the other hand, composite models are fabricated by PVD. A carbon fiber is covered with ultra refractory metallic coating by PVD. Then, these composite models are heated by Joule effect in order to realize oxidation tests. Understanding mechanisms at work during the oxidation of these new coatings is another main objective of this thesis. This understanding will be also useful to classify these materials regarding their resistance to oxidation
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Lomonaco, Adrien. "Stockage d’énergie thermique par matériaux à changements de phase adapté aux centrales solaires thermodynamiques." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3012/document.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce manuscrit concerne le développement d’un système de stockage thermique par chaleur latente pour les centrales solaires à concentration utilisant la génération directe de vapeur, et s’attache plus particulièrement la sélection et l’étude du matériau à changement de phase (MCP). Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet Stockage Thermique Appliqué à l’extension de pRoduction d’énergie Solaire thermodynamique (STARS) porté par le consortium composé d’AREVA Renouvelables, la société Hamon d’Hondt, l’institut CEA liten et les laboratoires IPNO, LPCS et LaTEP. Ce projet est accompagné par l’ADEME dans le cadre du programme énergies décarbonnées des investissements d’avenir.Le premier chapitre de ce manuscrit situe le contexte de l’étude en dressant un état de l’art des différents systèmes solaires à concentration existants et des différents moyens de stocker l’énergie pour ce type de technologie. Le projet STARS est ensuite présenté. Ce chapitre se termine par un descriptif des objectifs du travail de thèse. L’intégralité du processus de sélection du MCP, incluant le recensement des matériaux dans la littérature, la définition des critères de sélection et la caractérisation par calorimétrie différentielle à balayage des candidats les plus pertinents, est détaillée dans le chapitre II. À l’issue de ce travail, le choix du consortium se porte sur le nitrate de sodium, un sel inorganique possédant une température de fusion adaptée à la technologie d’AREVA et une densité de stockage importante. La poursuite de l’étude, concernant la stabilité thermique du MCP durant son utilisation en conditions industrielles, fait l’objet du chapitre III. Cette étude comporte une partie bibliographique permettant de mettre en évidence les problématiques liées à la dégradation thermique du matériau et à son comportement vis-à-vis des matériaux métalliques avec lesquels il sera amené à être en contact (échangeur de chaleur, cuve de stockage). La principale conséquence des phénomènes mis en évidence étant la réduction du nitrate de sodium en nitrite de sodium, l’étude de l’impact du taux de nitrite de sodium sur les propriétés thermiques du MCP a été réalisée. Les résultats de cette campagne expérimentale ont montré une diminution significative de la température de fusion et de la chaleur latente du MCP lorsque la proportion de nitrite de sodium croît. Afin d’étudier l’évolution de composition du MCP dans des conditions réelles de fonctionnement, un dispositif a été conçu spécifiquement pour reproduire des conditions de cyclage thermique en présence de métaux. L’étude menée à l’aide de ce dispositif a permis d’analyser la cinétique de réduction du nitrate de sodium en nitrite de sodium. Les résultats montrent que l’évolution de composition du MCP dans les conditions opératoires du projet est négligeable, garantissant la stabilité des propriétés thermiques de celui-ci au cours de son utilisation.Enfin, le dernier chapitre est consacré à l’étude de l’amélioration des transferts thermiques au sein du MCP. En effet, le nitrate de sodium possède une conductivité thermique faible, pouvant limiter la puissance des échanges de chaleur dans le système de stockage. En premier lieu, un état de l’art des solutions d’intensification des transferts dans le domaine du stockage par chaleur latente est dressé. Ce travail a permis de mettre en évidence que l’utilisation de composites à base de mousses métalliques constitue une voie pertinente d’amélioration des transferts. Ainsi une campagne expérimentale visant à évaluer les performances de tels composites a permis de mettre en évidence le potentiel de ce type de configurationThe work presented in this manuscript concerns the development of a latent heat thermal energy storage system adapted to concentrated solar power plant using direct steam generation, and more particularly on the selection and the study of the Phase Change Material (PCM) used in this system. This thesis was performed within the framework of the STARS project (Stockage Thermique Appliqué à l’extension de pRoduction d’énergie Solaire thermodynamique) carried by the consortium of AREVA Renouvelables, Hamon d’Hondt company, CEA institute liten and laboratories IPNO, LPCS and LaTEP. This project is accompanied by ADEME under the énergies décarbonnées des investissements d’avenir program. The first chapter of this manuscript sets up the context of this study by drawing a state of art of different existing CSP technologies and various ways to store energy for this kind of systems. The STARS project is then described. This chapter ends with a description of the thesis objectives. The entire PCM selection process, including identification of materials in literature, definition of various criteria and thermal characterization by differential scanning calorimetry (DSC) of the most relevant candidates, is detailed in chapter II. This work leads to the selection of sodium nitrate by the consortium, an inorganic salt with a suitable melting temperature considering AREVA’s technology and a large storage density. The following work, concerning the thermal stability of the PCM under thermal cycling, is then presented in chapter III. This part includes a bibliographic study allowing to highlight issues related to thermal degradation of the PCM and its behavior regarding to metallic material with which it will have to be in contact (heat exchanger, storage tank). The main consequence of these phenomena is the reduction of sodium nitrate into sodium nitrite, and thus the impact of sodium nitrite fraction on the thermal properties of the PCM was studied. The results of this experimental work shows a significant reduction of the melting temperature and the latent heat as the fraction in sodium nitrite increases. To study the evolution of the PCM composition under real operating situation, a specific device was designed to replicate thermal cycling conditions in the presence of metals. This device was used to analyze the kinetics of reducing sodium nitrate into sodium nitrite. The results show that the changes in composition of the PCM in the project’s operating conditions are negligible, ensuring the stability of its thermal properties during its lifetime. The last chapter is devoted to the improvement of heat transfers within the PCM. Indeed, sodium nitrate has a low thermal conductivity which may limit the power of the heat exchange in the storage system. A state of art of available solutions for the intensification of thermal transfers concerning latent heat storage was done. This study highlighted that the use of composites based on metallic foams constitutes an effective way of improvement. Thus an experimental campaign was conducted to evaluate the performances of such composites, allowing to show the potential of this kind of configuration
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Pernot, Eric. "Modélisation du changement d’état solide-liquide. Application au stockage thermique par chaleur latente Adapté aux centrales solaires thermodynamiques." Thesis, Pau, 2015. http://www.theses.fr/2015PAUU3044/document.
Full textAbstract:
L'un des principaux leviers technologiques permettant le développement industriel de process de production énergétique renouvelable et à haute efficacité, consiste en l'élaboration d'une solution innovante de stockage de l'énergie. Ce système de stockage doit permettre de lisser la période de production et ainsi de suivre au plus près les besoins des consommateurs. Parmi les solutions existantes, le stockage thermique par chaleur latente présente de nombreux avantages qui font qu'aujourd'hui il fait l'objet de plusieurs travaux de recherche et de développement. Cette technologie est basée sur le principe que certaines classes de matériaux, appelés matériaux à changement de phase (MCP), libèrent (transition liquide/solide) ou accumulent (transition solide/liquide) de l'énergie lorsqu'ils sont soumis à un changement de phase. En amont du développement d'un design de stockage, il est essentiel de comprendre et de maitriser les processus thermiques entrant en jeu lors des phases de fusion et de solidification du matériau et cette compréhension passe par le développement de modèles numériques adaptés aux problématiques rencontrées. Dans le cadre de ce manuscrit, la filière technologique qui nous intéresse est celle des centrales solaires à concentration. Porté par l'ADEME dans le cadre du projet STARS (Stockage Thermique appliqué à l'extension de pRoduction d'énergie Solaire thermodynamique), le travail réalisé au sein du LaTEP consiste à analyser les performances d'une solution de stockage via la modélisation de cette dernière en considérant les phénomènes thermiques et hydrauliques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du logiciel de CFD libre de droit OpenFOAM dans lequel est développé et implémenté, par le laboratoire, un module dédié au problème qui nous concerne, à savoir la résolution eulérienne (maillage fixe) des équations de conservation pour un fluide incompressible, en présence d'un changement de phase solide-liquide dominé par des mouvements convectifs (convection-dominated phase change). Concernant les problèmes de transition de phase, diverses méthodes mathématiques et numériques ont été développées pour rendre compte finement de la physique de ces phénomènes. Après avoir effectué une revue de ces dernières dans la première partie du manuscrit, nous avons sélectionné deux formulations que nous avons implémenté dans OpenFOAM. Une fois ce travail réalisé nous avons taché de comparer les résultats renvoyés par ces différentes formulations en les confrontant aux résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Cela nous a permis d'une part de nous conforter dans l'utilisation de nos solveurs et sur la pertinence des résultats obtenus avec ces derniers et d'autre part de mettre en évidence les écarts entre les solutions renvoyées par chaque formulation. Fort de ce constat, nous avons souhaité évaluer l'impact de l'équation d'état utilisée pour relier l'enthalpie et la température, indispensable à la fermeture thermodynamique du système d'équations. Cette comparaison s'est faite par la simulation d'un échangeur type stockage thermique (simulations en 2D) et par l'analyse des performances de ce dernier lors des phases de stockage, de déstockage et au cours de plusieurs séries de cycles. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure sur l'importance d'une bonne caractérisation des MCP afin de pouvoir modéliser leur comportement au plus juste via la formulation mathématique et la loi d'état la plus adaptéeA major technological lever to the industrial development of renewable energy production processes with high efficiency, is the development of an innovative solution to store the energy. This storage device should help to smooth the production period and to follow closely the demand. Among the existing solutions, latent heat thermal storage has many advantages that make today it is the subject of several research and development projects. This technology is based on the principle that certain classes of material, called phase change materials (PCMs), release (during liquid to solid transition) or accumulate (during solid to liquid transition) energy when subjected to a phase change. Upstream of the development of a new storage design, it is essential to understand and master the thermal processes involved in the melting and solidification phase of the material and this knowledge comes through the development of numerical models adapted to the problems encountered. In the particular context of this Phdthesis, the technological process that interests us is that of CSP (Concentrated Solar Power). Funded by ADEME under the STARS Project (Thermal STorage Applied to the expansion of pRoduction of thermodynamic Solar energy), the work done by the LaTEP is to analyze the performance of a storage solution by modeling the latter, considering the thermal and hydraulic phenomena. The modeling work is done with the free source OpenFOAM CFD software in which is developed and implemented by the laboratory, a new module dedicated to the problem we are concerned, namely the resolution of Eulerian (fixed grid) conservation equations for an incompressible fluid in the presence of a solid-liquid phase change dominated by convective motions. Regarding the phase transition problems, various mathematical and numerical methods have been developed to finely consider the physics of these phenomena. After conducting a review of methods in the first part of the Phd thesis, we selected two formulations that we have implemented in OpenFOAM. Once this work done, we have managed to compare the results returned from these formulations by comparing them with experimental results available in the literature and also with analytical cases. This allowed us firstly to strengthen us in the use of our solvers and the accuracy of the obtained results and secondly to highlight the differences between the solutions returned by each formulation. After that, we wanted to assess the impact of the equation of state used to connect the enthalpy to the temperature, essential for closing the thermodynamic equations. This comparison was made by the simulation of a thermal storage exchanger (2D simulation) and by analyzing the performance of this latter during the charge phase, the discharge one and during several series of cycles. The obtained results allowed us to conclude about the importance of a good characterization of PCM in order to model their behavior as accurately via the mathematical formulation and the most suitable state law
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Pelletier, David. "Modélisation de la cinétique chimique dans les plasmas inductifs : applications aux procédés." Grenoble INPG, 2006. https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01331569.
Full textAbstract:
L'équilibre chimique (EC), souvent supposé comme première approximation dans la modélisation des procédés plasma thermique, ne permet pas toujours d'expliquer les résultats expérimentaux, notamment à proximité d'une paroi ou d'une surface placée sous le jet plasma. Au cours de ce travail, un outil numérique permettant l'analyse des effets fiés à la cinétique chimique dans les plasmas inductifs (ICP) à pression atmosphérique, a été développé sous FLUEN© et utilisé dans l'étude d'un procédé de purification de silicium par plasma. Les résultats montrent que l'hypothèse de l'EC est valide au sein du plasma, mais pas dans la zone près de l'interface entre le plasma et la cible où un large écart à l'EC a été prédit. Un volet expérimental, composé d'une étude spectroscopique d'une torche ICP et d'une étude globale de la cinétique au travers l'attaque d'une cible graphite par un plasma Ar-02, a été réalisé en parallèle pour donner une première base quant à la validité du modèle numériqueThe chemical equilibrium (CE), often used as a first approximation in the modeling of thermal plasma processes, does not always make it possible to explain the experimental results, in particular in the vicinity of a wall or a surface placed under the plasma jet. A numericaf tool allowing the analysis of effects related to chemical kinetics in atmospheric ICP was developed under FLUEN© and applied on a process of silicon purification by plasma. The first results show that the assumption of CE is valid within plasma, but not in the interfacial zone between the plasma and the target where a broad variation with CE was predicted. Ln addition, an experimental validation of the numerical model was carried out by a spectroscopie study of an ICP torch, and general kinetics studies through the attack of a graphite target by an Ar-02 plasma
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Cirigliano, Daniela. "Observation et diagnostic des protubérances solaires à partir des données de la mission SOHO." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112193.
Full textAbstract:
Les protubérances solaires sont des structures magnétiques complexes, qui confinent un plasma dense et froid dans la couronne solaire environnante, composée d'un plasma chaud et ténu. Les réponses aux questions critiques du support et de la stabilité de ces structures dépendent très fortement de leurs conditions thermodynamiques et magnétiques. Le but de ce travail de thèse est de mesurer, à l'aide des observations faites avec les spectrographes au bord de la sonde spatiale SOHO (Solar Heliospheric Observatory), certaines paramètres physiques comme la température, la densité et la pression du plasma confiné dans les protubérances, ainsi que de comprendre comment ces structures peuvent survivre dans la haute atmosphère du Soleil. Nous avons registré des spectres de protubérances solaires dans le domaine UV et EUV du spectre électromagnétique, en observant des raies atomiques d'éléments chimiques dans plusieurs états d'ionisation, qui permettent de sonder la structure en température du plasma des protubérances. L'information que nous avons obtenue à partir des spectres des protubérances nous a permis de diagnostiquer les paramètres physiques de ces structures, telles comme la mesure d'émission, les vitesses Doppler, le flux de matière et la densité et pression électronique. Les mesures du mouvements non résolus dans les protubérances nous donnent les indices d'un transport d'énergie effectué par ondes magnétohydrodynamiques ou ondes d'Alfvén. Suivant le modèle de tube de flux que nous avons proposé pour représenter la morphologie des protubérances, nous trouvons quelques pistes qui peuvent indiquer l'allure des lignes de champ magnétique, qui supportent le plasma protubérantiel. L'ensemble des données acquises est une occasion unique de tester les théories existantes et nous encourage pour effectuer de semblables études dans les protubérances à caractère éruptifSolar prominences, known as singular perturbations of the solar corona, are complex structures confining a dilute and cold plasma, immersed in the hot corona plasma medium. Many different methods of spectroscopy analysis allow measuring the physical plasma parameters in solar prominences which are, in turn, the basis and constrains to the construction of any theoretical model. The answers to critical questions of mass support and stability strongly depend of their thermodynamic and magnetic conditions. The aim of this thesis work is, with the help of observations from SOHO (Solar Heliospheric Observatory) satellite, to measure several plasma parameters, like temperature, density and electronic pressure. We have registered solar prominence spectra in the UV / EUV domain. For this, we have observed line profiles from a large number of chemical elements in different ionisation states. The information we have obtained from the observed features allow us to perform the diagnostic of certain parameters such as emission measure, Doppler velocities, material fluxes and electronic density. The velocities of non-resolved motions in prominences give us a signature about an energy transport made by magnetohydrodynamic or Alfvén waves. We have proposed a magnetic flux tube model to represent the prominence morphology and we find some clues about the magnetic field lines behaviour with temperature. The set of observational data we have obtained is a unique occasion to test existent theories and encourage the study of active phenomena such as eruptive prominences
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Hubert, Cédric. "Synthèse par voie chimique en solution de couches minces semi-conductrices à base de sulfure de zinc : application à la réalisation de cellules solaires de type CuIn(S,Se)2 et CU(In,Ga)Se2." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066704.
Full textAbstract:
Le remplacement de la couche tampon de CdS par des couches sans cadmium est un des objectifs majeurs à moyen terme de la filière des cellules solaires à base de CIS pour deux raisons principales : la toxicité du cadmium et les limitations associées aux pertes dans l’UV introduites par la couche de CdS. Les efforts de recherche dans ce domaine se sont amplifiés significativement ces dernières années. Des résultats prometteurs ont été obtenus par l’utilisation d’une couche tampon à base de sulfure de zinc (ZnS) déposée par voie chimique en solution. Toutefois, la compréhension des mécanismes de dépôt et des propriétés des films synthétisés est encore faible comparée au dépôt du CdS et fait l’objet de ce travail. Dans une première partie, nous présenterons la filière des cellules solaires en couches minces du type CIGS. Nous détaillerons plus particulièrement le rôle de la couche tampon dans ces structures. Au cours du deuxième chapitre, nous réaliserons l’étude thermodynamique du zinc dans les systèmes de dépôt. En outre, nous prendrons en compte l’effet de la température sur les constantes de stabilité afin de prédire le déplacement des domaines de stabilité de ZnS, ZnO et Zn(OH)2. Puis, par le biais de la microbalance à cristal de quartz, nous déterminerons les mécanismes de dépôt des films de ZnS et nous optimiserons alors les conditions opératoires. Le quatrième chapitre est consacrée à l’analyse des propriétés des films. Finalement, des cellules solaires à base de CuIn(S,Se)2 électrodéposé et à base de Cu(In,Ga)Se2 co-évaporée réalisées avec ces nouvelles couches tampons seront analyséesThe preparation of cadmium free buffer layers is one of the major objectives in the medium term for the CIS solar cells field for two principal reasons : the toxicity of cadmium and limitations introduced by the CdS layer on the level of the optimal performances of the cells associated with the losses into UV region. This limitation could be overcome by using wider band gap buffer layers. The efforts of research in this field have been developed significantly these last years. The most promising results have been obtained by using zinc oxy-sulfide buffers prepared by chemical bath deposition. However, the understanding of both deposition mechanism and film properties is by far lower than what is the current status of chemical bath deposition of CdS. In a first part, a general presentation of CIS solar cells is done with a special focus on buffer layers. Then, the synthesis of zinc-oxo-sulfide films from aqueous solution is analysed from a thermodynamic point of view. The competition between the formation of ZnS, Zn(OH)2 and ZnO will be considered. The effect of temperature, leading to significant displacements of the deposition regions, will be treated by introducing its effect on the thermodynamical coefficients. In a third part, by means of microbalance analysis, the deposition mechanism are determined and deposition conditions are optimized. The next chapter is focused on films properties which allowed us to fix experimental conditions for the deposition of dense, compact and uniform ZnS films. Finally, device studies have been carried out on electrodeposited copper indium sulfo-selenide and co-evaporated copper indium-gallium di-selenide absorbers
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Avellaneda, Jean-Marc. "Thermodynamic optimization of solar receivers : analysis of entropy generation rates in anisothermal flows subjected to asymmetric thermal boundary conditions." Thesis, Perpignan, 2019. http://www.theses.fr/2019PERP0035.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des recherches visant à améliorer la performance des récepteurs de centrales solaires à concentration qui présentent des gradients de température importants et des conditions aux limites thermiques asymétriques. Il est nécessaire d'analyser les puissances utiles perdues du fait des irréversibilités thermiques et visqueuses : ceci est réalisé par l'étude de la puissance entropique générée au sein de l'écoulement en adoptant trois axes d'analyse différents qui apportent des éclairages complémentaires : (1) l'étude détaillée de la puissance entropique générée dans une couche limite laminaire en examinant en particulier l'effet du type de condition aux limites (température imposée vs densité de flux thermique imposé) (2) l'utilisation du calcul variationnel afin de déterminer quels champs de vitesse optimisent une fonctionnelle objectif reliée à la puissance entropique générée dans un écoulement en canal plan dont le tiers d'une des parois est à densité de flux imposée (3) l'étude de la puissance entropique générée dans un écoulement en canal plan, turbulent, quasi-compressible et pour un fluide dont les propriétés thermophysiques dépendent de la températureThis thesis work is part of research aimed at improving the performance of concentrated solar power plant receivers with large temperature gradients and asymmetric thermal boundary conditions. It is necessary to analyze the power lost due to thermal and viscous irreversibility: this is achieved by studying the entropy generation rate within the flow and by adopting three different axis of analysis that provide complementary insights: (1) the detailed study of the entropy generation rate in a laminar boundary layer by examining in particular the effect of the thermal boundary condition type (imposed temperature vs. fixed heat flux density) (2) the use of the calculus of variations to determine which velocity fields optimize an objective functional related to the entropy generation rate in a flat plate channel flow, one-third of one of the walls being at imposed heat flux density (3) the study of the entropy generation rate in a flat plate channel flow, turbulent, quasi-compressible and for a fluid which thermo-physical properties depend on temperature
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Afifi, Hussein. "Couches évaporées de CdS et CdTe : étude des propriétés et application à la réalisation de photopiles solaires." Paris 7, 1988. http://www.theses.fr/1988PA077173.
Full textAbstract:
Un appareillage de déposition de composés semi-conducteurs dans des conditions proches des équilibres thermodynamiques a été réalisé. Il est constitué par deux cellules quasi-étanches à quatre zones de température ce qui permet le contrôle simultané des différentes pressions de vapeur ainsi que celui de la température du substrat. Il offre en outre la possibilité de réaliser in-situ un empilement de couches de composition chimique et de dopage différents. Le travail comporte deux parties : 1) La réalisation et l'étude des propriétés de couches de CdS, CdTe, CdZnTe et CdMnTe sur différents substrats : silice, ITO/verre, molybdène et saphir. Un module théorique simple est proposé pour décrire la réalisation entre la vitesse de déposition et la température des sources et du substrat. Nous avons pu noter, dans le cas du CdS une chute brutale de la résistivité lorsque le rapport des pressions partielles indium et cadmium passe par une valeur critique. Des traitements de recuits thermiques ultérieurs améliorent la cristallinité et modifient la morphologie de surface des couches. Sur substrat saphir (0001) nous avons pu réaliser l'hétéroépitaxie de différents composés, la croissance s'effectuant toujours suivant la direction (111). 2) La réalisation et l'étude des propriétés des photopiles solaires font l'objet de la deuxième partie. D'après l'analyse des aractéristiques I-V nous avons montré que le mécanisme de conduction est l'effet tunnel. La jonction est de type abrupt et la hauteur de barrière est élevée. Les réponses spectrales et leur modélisation ont permis de déterminer les longueurs de diffusion des porteurs dans les zones (n) et (p), ainsi que la contribution de la zone de charge d'espace au photocourant.
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Néri, Adrien. "Etude de la différenciation métal-silicates dans les petits corps du système solaire : une approche pluridisciplinaire." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://www.theses.fr/2019TOU30184.
Full textAbstract:
De nombreux petits corps du système solaire ont connu la différenciation métal-silicate. Ce processus a provoqué la séparation du métal et du silicate, et peut avoir entraîné la formation d'un noyau métallique. Cette thèse porte sur la compréhension des processus physiques à l'origine de cette différenciation et de leurs conséquences sur les matériaux trouvés dans l'enregistrement météoritique. Afin de proposer des modèles les plus pertinents possibles, une approche conjointe expérimentale et de modélisation a été menée. Un système expérimental à trois phases a été conçu pour être représentatif d'échantillons naturels en cours de différenciation, et analysé à l'aide de techniques électroniques et de microtomographie 3D par rayons X. La différenciation métal-silicate se produit principalement par percolation d'un réseau métallique interconnecté. Cependant, une extraction importante des liquides silicatés est nécessaire pour permettre la formation d'un tel réseau. La différenciation est restée partielle dans les achondrites primitives à cause d'une accrétion tardive et des faibles tailles de grain des silicates, ce qui n'a pas permis une fusion complète des phases riches en fer ou encore une extraction efficace des produits de fusion. Les corps accrétés plus tôt qui ont connu un stade d'océan de magma sont sujets à une différenciation totale. Les modèles suggèrent qu'une fraction significative des silicates ne fond pas (correspondant au seuil rhéologique), empêchant les particules métalliques de sédimenter. A la fin de la phase d'océan de magma, la compaction et l'extraction efficace des produits de fusion favorisent la différenciation et la formation des météorites de fer, des achondrites et des pallasitesMany early-accreted small bodies of the Solar System experienced metal-silicate differentiation. This process caused the metal and silicate to separate and may have led to the formation of a metallic core. This PhD focused on understanding the physical processes that drove this differentiation and their consequences on the materials found in the meteoritic record. In order to provide the most plausible models, a joint experimental and modeling approach was used. A three-phase experimental system was designed to be representative of natural samples undergoing differentiation and analyzed using computed 3D X-ray microtomography and electronic techniques. Metal-silicate differentiation mostly occurs though the percolation of an interconnected metallic network. However, significant extraction of the silicate melt is required to allow the formation of such a network. Differentiation remained partial in primitive achondrites due to late accretion and low silicate grain sizes that did not allow complete melting of the iron-rich phases or efficient melt extraction. Complete differentiation occurs for bodies accreted earlier that experienced a magma ocean stage. Models suggest that a significant fraction of the silicates does not melt (corresponding to the rheological threshold), preventing the metal particles from settling. At the end of the magma ocean phase, compaction and efficient extraction of the melts favors differentiation and the formation of achondrites (pallasites, stony and iron meteorites)