Literatura académica sobre el tema "Solaire Thermodynamique"

<p>Cette thèse traite de la mise en ouvre d'un nouveau mode de gestion des déchets urbains en termes de la destination non-agressif et productif des débris, à de faibles coûts énergétiques et à forte réutilisation des sous-produits. Il repose sur les fondements scientifiques établies par la thermodynamique, la théorie classique du champ et par les disciplines empiriques qui traitent de propriétés des éléments chimiques et des technologies de capture calorifique à partir de sources éloignées. Visant à la transformation de toute forme de matière condensée, ce travail est principalement intéressés par les déchets dits infectieux, parce qu'ils ont dune plus grande virulence, l'infectiosité et concentration, et les déchets de type &lt;&lt;peau-ciseaux-perçage&gt;&gt;, qui sont des objets et instruments contenant des coins, des arêtes ou des protubérances rigides et aiguës capables de coupe ou de forage. Néanmoins, le modèle s'applique également à tous les types de déchets, à l'exception des déchets radioactifs pour des raisons évidentes de sécurité. Cet essai propose un système industriel de recyclage des déchets basé sur la pyrolyse induite par plasma et guidé par la théorie proposée des champs caloriques sous entropie contrôlée.</p><p><strong>Mots-clés</strong>: déchets nosocomiales, thermodynamique, champ calorique, plasma, pyrolyse, énergie solaire, durabilité</p><p><span>======================================================================================================</span> </p><p>This thesis discusses the implementation of a new way of urban waste management in terms of its non-aggressive and productive destination, at low energy costs and with high reuse of byproducts. It is based on scientific foundations established by thermodynamics, classical field theory and empirical disciplines that deal with properties of chemical elements and with technologies of calorific capture from remote sources. Aiming at the transformation of any form of condensed matter, it is primarily interested in the so-called infectious waste, because they have greater virulence, infectivity and concentration, and wastes of type &lt;&lt;skin-scissoring-piercing&gt;&gt;, which are objects and instruments containing corners, edges or rigid and acute protuberances capable of cutting or drilling. Nevertheless, the model also applies to all types of waste, with the exception of radioactive waste for obvious safety reasons. Present work proposes an industrial system to recycling waste based on pyrolysis induced by plasma and guided by the proposed theory of caloric fields under controlled entropy.</p><p><strong>Key words</strong>: nosocomial waste, thermodynamics, caloric field, plasma, pyrolysis, solar energy, sustainability</p><div><span style="font-size: 14px;"><br /></span></div><div><span style="font-size: 14px;"><br /></span></div>

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 adéquat
This 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

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 réalisé
In 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

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 thermoéconomique
As 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

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

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 refroidissement
The 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

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 réalisés
In 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

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
An 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

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.

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 amortissement
Industrial 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