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1 Le moteur Ericsson : une technologie à privilégier A. TOURE, A. FULA, P. STOU

1 Le moteur Ericsson : une technologie à privilégier A. TOURE, A. FULA, P. STOUFFS, Université de Pau et des Pays de l’Adour, France L. DANDO, Ingénieur Consultant, Alzen, France D. MARQUET, France Télécom RD, France UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 2 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP REMERCIEMENTS Travaux réalisés grâce au concours financier de : Projet MiCoDo (PIE CNRS) France Télécom (Didier Marquet) Conseil Régional d’Aquitaine Services de Coopération et d’Action Culturelle Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 3 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP PLAN Introduction Qu’est-ce qu’un moteur Ericsson ? Intérêt par rapport au moteur Stirling et aux moteurs à combustion interne Résultats théoriques récents Modélisation (thèse Abdou Touré, 18 novembre 2010) Simulation dynamique (thèse Frédéric Lontsi, 8 décembre 2010) Le prototype Présentation et premiers résultats expérimentaux Conception (Luc DANDO) Conclusion générale Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 4 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION La famille des “moteurs à air chaud” Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 STIRLING 1816 ERICSSON 1833 ERICSSON 1853 5 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 La famille des “moteurs à air chaud” • Fluide de travail monophasique gazeux • Apport de chaleur externe • 5 ‘espaces de travail’ • E expansion • H heater • R regenerator or recuperator • K cooler • C compression Qc Qh R E H K C Qh Qc E C R H K 6 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Qu’est-ce qu’un moteur Ericsson? Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Qh Qc E C R H K Avec soupapes ‘ERICSSON’ Qc Qh R E H K C Sans soupapes ‘STIRLING’ 7 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 • Dans sa version la plus simple : TAG dont on a remplacé les turbomachines par des machines piston/cylindre • Moteur volumétrique alternatif basé sur un cycle de JOULE ! Qu’est-ce qu’un moteur Ericsson? 8 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Ericsson ou Stirling ? ERICSSON: les échangeurs ne sont pas des volumes morts ERICSSON: le circuit fluide est une boucle ; modélisation précise possible ; récupérateur = échangeur à contre-courant ERICSSON supprime « l’aberration thermique » du Stirling ERICSSON: les soupapes peuvent être utilisées pour le contrôle/commande du moteur Qh Qc E C R H K Qc Qh R E H K C 9 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Ericsson ou Stirling ? Qh Qc E C R H K Qc Qh R E H K C ERICSSON: le type de mouvement relatif des pistons n’a pas d’importance (recours à des cinématiques simples) ERICSSON: nécessité des organes de fermeture Ericsson vs MCI : mêmes avantages que le Stirling : utilisation de tous types de source de chaleur, plus simple, plus silencieux, moins de maintenance... 10 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Intérêt renouvelé pour des applications de • Micro-cogénération • Conversion de l’énergie solaire • Conversion de la biomasse • Production d’électricité en site isolé Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 11 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP INTRODUCTION Applications de télécommunication : • utilisation directe de la chaleur de l'énergie solaire concentrée, d'un biocombustible ou d'un combustible fossile, d'un récupérateur de chaleur ou bien la chaleur indirecte d'un stockage de chaleur. • possibilité de systèmes solaires hybrides simples et à haut rendement. • fiabilité et durée de vie accrue, maintenance réduite par rapport aux solutions communes utilisant un moteur à combustion interne et des batteries. Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 12 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 • Rapport GSMA (Global System Mobile Association) Green Power for Mobile November 2010 : – 1.6 Milliards de personnes sans électricité + 1 milliard avec un mauvais réseau – Le réseau telecom s'étend plus vite que le réseau électrique à base de diésel, – Mais le groupe électrogène Diesel coûte 50% plus cher en OPEX que l'énergie renouvelable – en 2012, il y aurait 640 000 stations sur diesel soit 15 G$/an • Des milliers de nouvelles stations solaires sont installées chaque année et le remplacement de 50% des stations Diesels par du renouvelable a commencé en Inde, en Chine, en Afrique, etc. • Orange a déployé environ 1000 stations GSM solaires ou hybrides, ce qui économise 10 M de litres de gazole par an • Il est prévu de doubler le nombre de stations d'ici 2015. • Le besoin moyen de puissance permanente s’étend de 200 à 2000 W 13 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Rappel : cycle de JOULE à récupération 14 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Diagrammes indicateurs théoriques idéaux 15 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Adimensionalisation 16 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 17 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Il est préférable de recomprimer le volume mort du cylindre de détente ! 18 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 19 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 20 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Application à notre prototype : 21 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Application à notre prototype : C Net Th E Puissances 22 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Application à notre prototype : 23 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Exemple : simulation d’une brusque chute de pression à l’admission du compresseur 24 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Exemple : simulation d’une brusque chute de pression à l’admission du compresseur 25 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP LE PROTOTYPE Objectif à terme • 3 kW à 950 tr/min • 300 kPa • 650 °C • Alésage du cylindre de détente : 254 mm • Course du piston : 129 mm Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 26 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP LE PROTOTYPE Caractéristiques principales du premier prototype • 300 kPa • 650 °C • Cylindrée du cylindre de détente : 0.65 dm3 • Cylindrée du cylindre de compression : 0.28 dm3 • Alésage du cylindre de détente : 80 mm • Course du piston : 129 mm • Vitesse de rotation maximum : 950 tr/min Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 27 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP LE PROTOTYPE Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 Seule la partie chaude (cylindre de détente) a été testée jusqu’à présent Actuellement, mise au point de l’ensemble du moteur et du banc 28 UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés LaTEP Résultats Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011 300 400 500 600 700 800 900 1000 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 n [tr/min] Puissance indiquée [W] P ind. à 310 °C P ind. à 400 °C P ind. à 500 °C P. ind. moyenne Puissance indiquée du cylindre de détente 29 UNIVERSITÉ DE PAU uploads/Geographie/08-1-pascal-stouffs-moteur-ericsson 1 .pdf