Étude d'un système de récupération et de stockage de chaleur pour un système éolien-diesel avec stockage d'air comprimé

摘要

RÉSUMÉ: La recherche présentée dans ce mémoire porte sur les systèmes hybrides éolien-diesel avec stockage d'air comprimé (SHEDAC) adaptés à la production d'électricité en sites isolés, et plus précisément sur l'apport d'un système de récupération et de stockage de chaleur (TES) au fonctionnement de ces systèmes. Le principe de fonctionnement est le suivant. Quand la puissance éolienne est excédentaire par rapport aux besoins de la charge, le surplus d'énergie est utilisé pour comprimer de l'air. De ce processus résulte un réchauffement de l'air, on choisit d'extraire et de stocker la chaleur séparément. Lors de la phase de restitution d'énergie, l'air comprimé utilisé pour suralimenter le moteur thermique est réchauffé en utili sant la chaleur stockée précédemment. Tout au long de l'étude, nous avons seulement pris en compte la chaleur provenant du processus de compression de l'air, et négligé en tous points du système les échanges de chaleur avec le milieu extérieur. Pour quantifier l'apport du système de stockage de chaleur, nous avons tout d'abord mené une étude bibliographique sur ces systèmes, pour identifier les meilleures solutions disponibles. Ensuite, on a modélisé une de ces solutions sous Simulink pour étudier son fonctionnement de manière plus précise. D'autre part, on a modélisé un système de stockage de chaleur idéal pour quantifier l'apport maximal d'un TES sur les performances du SHEDAC. Nous avons conclu que les TES les plus adaptés aux systèmes SHEDAC étaient les solutions actives directes à deux réservoirs, et que, pour bénéficier au maximum du système de stockage de chaleur, il était intéressant de réaliser la détente de l'air comprimé stocké dans un moteur à air comprimé, pour maximiser la récupération d'énergie mécanique. -- Mots clés: éolien, moteur diesel, air comprimé, sites isolés, échange et stockage de chaleur. -- ABSTRACT: udThe work presented in this thesis is about Hybrid Wind-Diesel Systems (HWDS) coupled with Compressed Air Energy Storage devices adapted to the production of electricity in remote areas, more precisely on the contribution of a Thermal Energy Storage (TES) system to improve their performance. The system works as followed. When the wind turbine provides more power th an required by the load, the energy surplus is used to compress air. During this process air temperature increases and the heat is extracted and stored separately. The stored heat serves to increase the temperature of the compressed air before injection in the diesel engine. Ali the way through the study, we have taken into account only the heat coming from the compression process, and neglected the heat exchanges with the external environment. In order to quantify the contribution of the TES, we have first completed a review on these systems, to identify the best solutions available. Then, we have modeled one particular solution on Simulink to study its characteristics in detail. On the other hand, we have modeled an ideal TES to quantify the maximal contribution of this system on the performances of a HWDS. We have concluded that the TES the most adapted to HWDS are the direct active solutions with two separated tanks and, in order to benefit the most of the TES, it is interesting to realize the expansion of the stored compressed air in the engine to maximize the recovery of mechanical energy. -- Keywords : wind energy, diesel engine, compressed air, remote areas, heat storage and exchange.