Architecture Flexible de Production de Vapeur Thermodynamique

La consommation mondiale d'énergie augmente et devient très dépendante des combustibles fossiles qui émettent une grande quantité de CO2 et de gaz à effet de serre, qui sont les principales causes du réchauffement climatique. Afin de réduire les inconvénients liés à l'utilisation de ces sources, la décarbonisation est la solution. Dans cette étude, nous nous concentrerons sur le secteur industriel en raison de sa forte consommation d'énergie. La technologie utilisée pour la décarbonisation est l'électrification des processus industriels à l'aide de systèmes à haut rendement valorisant la chaleur fatale industrielle et consommant de l'électricité verte et à faible teneur en carbone pour générer la quantité nécessaire de chaleur adaptée aux applications industrielles. Cet objectif sera atteint grâce à la technologie des PAC.Dans le premier chapitre, le contexte énergétique mondial sera présenté afin d'identifier la consommation d'énergie de chaque secteur. Ensuite, les types et les besoins industriels seront examinés afin d'identifier la quantité d'énergie consommée et le niveau de température nécessaire à ses processus, ainsi que les différents problèmes rencontrés dans l'environnement industriel qui peuvent causer des troubles dans les processus de fabrication. Ensuite, la méthode de décarbonisation sera présentée pour décrire les différentes méthodes utilisées pour les opérations de décarbonisation et la technologie qui sera utilisée dans notre étude.Dans le deuxième chapitre, nous présenterons les différentes technologies utilisées pour la production de vapeur avec les avantages et les inconvénients de chacune d'entre elles. Ensuite, la génération de vapeur par pompage thermodynamique sera présentée afin d'identifier la technologie qui sera utilisée dans notre étude. Ensuite, les différents composants utilisés dans la PAC seront présentés afin de commencer à modéliser l'architecture globale de la production de vapeur à haut rendement valorisant la chaleur fatale industrielle. L'objectif de ce chapitre est de trouver l'architecture optimale pour la production de vapeur flexible d'un point de vue énergétique, exergétique, économique et environnemental. C'est pourquoi les méthodes d'amélioration énergétique sont décrites afin d'être appliquées à l'architecture étudiée. Après avoir obtenu la meilleure conception d'un point de vue énergétique et exergétique, des études économiques et environnementales seront menées afin de trouver la structure optimale et fiable pour nos applications.Le troisième chapitre comprend le projet européen BAMBOO, qui est étudié dans cette thèse pour la génération de vapeur en utilisant une PAC eau/eau connectée à un ballon flash. Chaque partie de cette unité est identifiée, et les méthodes de modélisation sont bien décrites afin d'arriver à un modèle dynamique pour le ballon flash et un modèle quasi-statique pour la PAC. Ensuite, des expériences sont réalisées dans le laboratoire d'EDF pour évaluer le potentiel du système de production de vapeur à différents niveaux de température et pour valider expérimentalement le modèle dynamique du ballon flash et le modèle quasi-statique de la PAC.Après avoir validé expérimentalement le modèle dynamique du ballon flash, le dernier chapitre étudie la capacité du ballon de stockage de chaleur à haute température et son potentiel d'amélioration de la flexibilité et de la robustesse du système en cas de fluctuations dynamiques de la demande de vapeur et de la variation de la source de chaleur dans un système de production de vapeur comprenant une PAC couplée à un ballon de stockage de chaleur et connectée à 2 CMVs. Enfin, après validation de cette architecture pour la production flexible de vapeur, une étude de cas réelle sera envisagée afin de remplacer une chaudière à gaz produisant de la vapeur par notre structure à haut rendement pour améliorer les performances du processus industriel et réduire les émissions de CO2 et de GES de l'industrie.