Comparaison des différents couples Jour et Nuit (J&N)

Ces 4 configurations Nuit (N-B, N-T1, N-T2 et N-M1 en Annexe XVIII) couplées aux 4 configurations Jour (J-B, J-T1, J-T2 et J-M2 en Annexe XVIII) permettent de modéliser 16 couples Jour&Nuit, pour un scénario de fonctionnement de 7h Jour et 7h Nuit.

Les méthodes de calculs définies dans le cas de base (§2.1) ainsi que les modifications apportées par les différents concepts d'intégration (Jour : §2.3.2 et Nuit : §2.3.3) permettent de calculer les points de fonctionnement ainsi que les énergies mises en jeu pour ces 16 couples (Tableau IV.8).

Les énergies échangées au sein de chacun des systèmes peuvent être classées en fonction des sources dont elles sont issues ou des puits auxquels elles sont transmises (Figure IV.36, Figure IV.37).

Il est à noter que la durée de fonctionnement et la puissance électrique de production du CDR Nuit sont fixes. Les énergies thermiques à stocker variant peu d'une configuration à l'autre, les masses de CaO ne varient que de 2 100 à 2 110t pour l'ensemble des couples J&N.

La Figure IV.37 montre que la majorité des intégrations nécessitent moins d'énergie issue du champ solaire (de CS ■+■ < 2 548 MWh) afin de produire la même quantité d'électricité (vers Réseau ■+■=350MWh) que le cas de base J-B&N-B (2 548MWh). La Figure IV.37 montre que l'intégration N-T2 ne permet pas de diminution significative de l'énergie issue du champ solaire (exemple : T2 : de CS ■+■ = 2 547MWh ≈ B). Les couples d'intégration J-B&N-T1 et J-B&N-M1 présentent un plus grand intérêt avec des diminutions de l'énergie délivrée par le champ solaire de respectivement 53 et 135MWh. Il apparaît également que ces intégrations Nuit N-T1 et N-M1 permettent la valorisation d'une grande quantité d'énergie rejetée par le condenseur du CDR en Nuit, donc une réduction des énergies évacuées vers l'air ambiant (■), donc une diminution des besoins en refroidissement de la centrale.

Les configurations d'intégration J-T1 ou J-T2 permettent respectivement de valoriser l'énergie de désurchauffe et de condensation ou uniquement l'énergie de désurchauffe de la vapeur libérée par la réaction de décomposition du TCS (■). Ces configurations d'intégration permettent de réduire l'énergie prélevée par le CDR Jour au champ solaire (■) mais aussi de réduire l'énergie évacuée vers l'air ambiant par le TCS (de TCS ■), réduisant également les besoins en refroidissement de la centrale.

Concernant les rendements, les cas d'intégration Jour n'entraînant pas de modification des conditions opératoires du CDR, ni en Jour en en Nuit (uniquement des récupérations de chaleurs fatales), les rendements intrinsèques du CDR Jour et Nuit (Éq. ( 40 )), ne dépendent pas des intégrations Jour. Par contre, les intégrations Nuit ont un impact sur les conditions opératoires des cycles de Rankine Jour et Nuit et par conséquent sur les rendements des CDR Jour et Nuit (Éq. ( 40 )). En outre, ces couplages d'intégrations se caractérisent par des échanges et des valorisations d'énergies au sein de la centrale qui vont influer directement sur le rendement global de la centrale (incluant le CDR et le TCS en fonctionnement Jour et Nuit : Éq. ( 44 )). Ces valeurs de rendements du CDR Nuit (■) et du CDR Jour (■) ainsi que celles du rendement global de la centrale (▲) sont présentées sur la Figure IV.38 pour les 16 couples J&N étudiés (Tableau IV.8).

Figure IV.36 : Schéma des échanges d'énergie et de masse au sein de la centrale solaire avec intégrations entre CDR et TCS. Couleurs nuancées par puits. (rouges : TCS, roses : CDR, bleus : réseau, gris : air ambiant).

Figure IV.37 : Énergies échangées entre les sources et puits des différents éléments de la centrale (Cf.

Figure IV.36)

En abscisse, chaque configuration Jour est couplée avec 4 configurations Nuit (16 couples).

Pour chacun de ces couples de configuration Jour&Nuit, les énergies échangées sont regroupées en fonction de la source dont elles sont issues (Cf. Figure IV.36)

Les couleurs couleurs sont nuancées selon les puits vers lesquels ces énergies sont transmises. (rouges : TCS, roses : CDR, bleus : réseau, gris : air ambiant).

CS

Réseau

TCS CDR

Ambiant

Base Jour Nuit

Intégration Thermique Intégration massique

cond évap

réacteur préch / évap / surch

cond

turbines N-T1 / N-T2 turbine

J-T1 / J-T2 N-M1

Electrique (J-M2)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb de CS de CDR de TCS de Amb

N-B N-T1 40°C N-T2 40°C N-M1 N-B N-T1 40°C N-T2 40°C N-M1 N-B N-T1 40°C N-T2 40°C N-M1 N-B N-T1 40°C N-T2 40°C N-M1

J-B J-T1 J-T2 J-M2

vers Amb - N - (cond) vers Amb - J - (cond) vers TCS - N - (intégration) vers TCS - N - (évap) vers TCS - J - (stockage) vers Réseau - N - (production) vers Réseau - J - (production) vers CDR - N - (évap) vers CDR - J - (intégration) vers CDR - J - (évap) Energie (MWh)

Energie [MWh]

Figure IV.38 : Rendement énergétique du CDR Jour (■), du CDR Nuit (■) et global du système (▲) en fonction des 16 couples de configurations J&N. En abscisse, chaque configuration Jour (J) est couplée

avec 4 configurations Nuit (N).

Comme le montrait la Figure IV.37, l'intégration N-T2 (condensation CDR=>Surchauffe vapeur TCS), n'a pas d'influence sur les rendements du CDR et l'amélioration du rendement global du système est inférieure à 0,02% par rapport au système de base et n'est pas visible sur la Figure IV.38.

Les intégrations N-T1 et N-M1 permettent respectivement d'augmenter la température d'évaporation du fluide du TCS de 5 et 15°C par rapport au cas de base. En conséquence la température de restitution de la chaleur du réacteur en phase de synthèse vers le CDR est augmentée de 10°C dans le cas N-T1 et de 30°C dans le cas N-M1. Ces cas d'intégration Nuit permettent ainsi d'augmenter le rendement du cycle du CDR Nuit de 0,6 (N-T1) et 1,5 (N-M1) points de rendement (■ Figure IV.38) par rapport au cas de base (N-B). Compte tenu des hypothèses de calcul, les conditions opératoires du CDR Jour sont également impactées par ces intégrations Nuit permettant une augmentation du rendement du cycle Jour de 0,6 (N-T1) et 1,7 (N-M1) points de rendement (■ Figure IV.38).

La valorisation de l'énergie de désurchauffe et/ou de condensation ou de détente (T1, T2 et J-M2) de la vapeur du TCS au sein de la centrale va permettre de diminuer l'énergie délivrée par le champ solaire (pour une même énergie produite) et donc d'augmenter le rendement global de la centrale. Ainsi, la Figure IV.38 montre que les différentes intégrations Jour permettent respectivement d'augmenter le rendement global du système de 2,1 T1), 1,7 T2) et 2,5 (J-M2) points de rendement quelle que soit la configuration d'intégration Nuit.

De manière absolue, le couple de configurations offrant le meilleur rendement global est J-M2&N-M1 avec 31,4% de rendement. Toutefois, ces intégrations massiques peuvent soulever des difficultés techniques. Le couple J-T1&N-T1 présente également un rendement global élevé de 30% soit 2,7 points de plus que le système de base (J-B&N-B) et ces intégrations thermiques seraient techniquement plus simples à réaliser.

27,3%

Max de Valeurs Rdt CDR Rankine Jour Max de Valeurs Rdt CDR Rankine Nuit Max de Valeurs Global cycle avecpompe

Ce couple J-T1&N-T1 a donc été choisi pour une étude approfondie de différents paramètres (§2.4.1) et scénarios de stockage_déstockage (§2.4.3) dans les paragraphes suivants.