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Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISAT

Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 1 Table des matières Introduction……………………………………………………………………………….. 6 Définition ……………………………………………………………………………….... 8 Nomenclature……………………………………………………………………………... 9 Chapitre 2 : Descriptif technique de l’installation de cogénération ……………………… 10 I. Principe et généralités…………………………………………………………………... 21 II. Les technologies utilisées……………………………………………………………… 12 II .1) Turbine à gaz ……………………………………………………………………….. 13 II .2) Turbine à vapeur…………………………………………………………………….. 15 II .3) Le moteur à gaz ou diesel………………………………………..………………….. 17 II .4) Moteurs Stirling (moteur à combustion externe) …………………………………... 20 II .5) Pile à combustible ………………………………………………………………….. 22 III. Les Intérêts de la cogénération ……………………………………………………….. 23 IV. Rendement …………………………………………………………………………… 24 V. La tri-génération ………………………………………………………………………. 24 V.1. Les deux modes de production de froid……………………………………………... 25 V.2. Les deux types de tri-génération…………………………………………………….. 26 Chapitre 3 : Modélisation de l’unité de cogénération ……………………………………. 28 1. Objectif…………………………………………………………………………………. 29 2. Présentation de l’installation…………………………………………………….……... 29 3. Descriptif de l’installation……………………………………………………………… 32 4. Représentation de l’installation par le logiciel Visio…………………………………... 34 5. Modélisation du moteur à gaz …………………………………………………………. 35 5.1 Modélisation (éditeur de schéma)…………………………………………………….. 36 Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 2 5.2 Paramétrage (simulateur)……………………………………………………………... 37 6. Modélisation de l’installation complète ……………………………………………….. 40 6.1. Modélisation (éditeur de schéma)……………………………………………………. 40 6.3. Paramétrage du refroidissement moteur ……………………………………………... 42 7. Modélisation de l'installation de cogénération à 10°C ………………………………... 44 8. Conclusion ……………………………………………………………………………... 48 Chapitre 4 : Suivi des performances de l’installation de cogénération …………………... 49 I. Définition de la cogénération…………………………………………………………… 50 II. Etude théorique : Moteur à gaz à cogénération ……………………………………….. 50 II .1. Ratios et rendements (cogénération)………………………………………………... 50 III. Suivi des performances ………………………………………………………………. 52 .3.1/Suivi technique journalier …………………………………………………………… 53 3.2/Suivi technique hebdomadaire ……………………………………………………...... 57 3.3/Suivi technique annuel ……………………………………………………………….. 60 IV. Conclusion …………………………………………………………………………... 63 Chapitre 5 : Etude économique de l’unité………………………………………………… 65 I. Introduction ……………………………………………………………………………. 66 II. Bilan Mai 2016………………………………………………………………………… 67 III .Bilan Mai 2015………………………………………………………………………... 73 IV. Interprétation …………………………………………………………………………. 75 Conclusion………………………………………………………………………………… 76 Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 3 Liste des figures Figure 10 : Principe de la cogénération… ............................................................................................ 11 Figure 11 : Schéma de fonctionnement d’une unité de cogénération… ................................................12 Figure 12: le cycle de Brayton… ............................................................................................................13 Figure 13 : Schéma de principe de la turbine à vapeur ........................................................................ 16 Figure 14: Schéma de principe du moteur à combustion interne… ..................................................... 18 Figure 15 : Le cycle de Beau de Rochas… .............................................................................................19 Figure 16 : Schéma de principe d’un moteur Stirling… ........................................................................ 20 Figure 17: Cycle de Stirling ................................................................................................................. 21 Figure 18 : Pile à combustible… ........................................................................................................... 22 Figure 19 : Principe du tri-génération… .............................................................................................. 25 Figure 20 : La tri-génération avec production de froid par compression mécanique. ......................... 26 Figure 21 : La tri-génération avec production de froid par absorption. .............................................. 27 Figure 22 : Schéma simplifié de l’unité de cogénération. ..................................................................... 31 Figure 23: Représentation de l’installation par le logiciel Visio. ......................................................... 34 Figure 24: Modélisation Thermoptim du moteur à gaz. ........................................................................ 37 Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 4 Figure 25: Paramétrage de la compression .......................................................................................... 38 Figure 26 : Paramétrage de la combustion........................................................................................... 38 Figure 27 : Paramétrage de la détente ................................................................................................. 39 Figure 28: Paramétrage de l’échappement........................................................................................... 40 Figure 29 : Schéma Thermoptim de l’installation complète modélisée. ............................................... 41 Figure 30: Paramétrage de l’échangeur à plaques ...............................................................................42 Figure 31 : Paramétrage du thermocoupleur ....................................................................................... 43 Figure 32: Modélisation de l’installation complète. ............................................................................. 44 Figure 33 : Paramétrage de la compression ......................................................................................... 44 Figure 34 : Paramétrage de la combustion........................................................................................... 45 Figure 35: Paramétrage de la détente. ................................................................................................. 46 Figure 36 : Paramétrage de l’échappement .......................................................................................... 47 Figure 37: Paramétrage de l’échangeur à plaques .............................................................................. 47 Figure 38 : Paramétrage du thermocoupleur. ...................................................................................... 48 Figure 39 : Consommation journalière du gaz. .................................................................................. 54 Figure 40: Evolution des performances électrique, eau chaude et vapeur en fonction du temps ......... 55 Figure 41: Evolution de rendement global en fonction du temps .......................................................... 56 Figure 42 : Consommation hebdomadaire du gaz ............................................................................... 57 Figure 43: Evolution du rendement hebdomadaire électrique, eau et vapeur. ................................... 57 Figure 44: Evolution du rendement global hebdomadaire de l’unité de cogénération........................ 60 Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 5 Liste des tableaux Tableau 1: Données techniques des systèmes de cogénération avec une turbine à gaz .........................14 Tableau 2: Différences entre les micro-turbines et les moteurs ............................................................ 15 Tableau 3: Données techniques des systèmes de cogénération ............................................................. 16 Tableau 4: Données techniques d'un système de cogénération avec un moteur à gaz .......................... 18 Tableau 5 : Index gaz journalier en Nm3 et en kWh… ........................................................................ 53 Tableau 6: Index et rendement électrique journalier ............................................................................ 54 Tableau 7 : Index et rendement en eau journalier ................................................................................ 54 Tableau 8 : Index et rendement en vapeur journalier ........................................................................... 54 Tableau 9: Consommation du gaz et les différents rendements journalier .......................................... 55 Tableau 10 : Index hebdomadaire du gaz en Nm3 et en KWh…........................................................... 57 Tableau 11 : Index et rendement électrique hebdomadaire .................................................................. 58 Tableau 12 : Index et rendement de l’eau hebdomadaire. .................................................................... 58 Tableau 13 : Index et rendement hebdomadaire en vapeur .................................................................. 58 Tableau 14 : Consommation du gaz et les différents rendements hebdomadaire ................................. 59 Tableau 15 : Bilan énergétique pour le mois du mai 2016… ................................................................ 67 Tableau 16: Situation avant et après cogénération ................................................................................67 Tableau 17: Calcul de la l’électricité vendue à la STEG pour le mois de Mai 2016… ........................ 68 Tableau 18: kWh vendus à la STEG par poste horaire 2016…............................................................. 70 Tableau 19: Calcul de l’énergie réactive par poste horaire pour le mois de Mai 2016… .................... 70 Tableau 20 : Les différentes factures en DNT avant et après cogénération mai 2016 .......................... 72 Tableau 21: Bilan énergétique pour le mois du mai 2015… ................................................................. 73 Tableau 22 : Situation avant et après cogénération .............................................................................. 73 Tableau 23: Calcul de la l’électricité vendues à la STEG .................................................................... 74 Tableau 24: Calcul de l’énergie réactive par poste horaire ................................................................. 74 Tableau 25 : Les différentes factures en DNT avant et après cogénération mai 20 .............................. 75 Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 6 Introduction L’énergie est indispensable à la plupart des activités humaines. Elle est utilisée sous trois différentes formes finales : la chaleur (pour l’industrie et le chauffage des locaux), la force motrice fixe (l’électricité pour l’éclairage, le froid, l’électroménager, les moteurs et certains procédés industriels), la force motrice mobile (pour les transports). Plusieurs sources énergétiques peuvent être utilisées : les énergies fossiles (pétrole, gaz, charbon), l’énergie nucléaire et les énergies renouvelables (éolienne, solaire, hydraulique, géothermie, biomasse). En effet, elles présentent des caractéristiques propres qui les rendent plus ou moins aptes à remplir les différents services qu’on attend de l’énergie L’accès aux services énergétiques est un enjeu majeur dans le développement des sociétés. Or, la croissance des activités dévoreuses d’énergie dans les pays émergents, et le gaspillage dans les pays riches, posent deux problèmes majeurs qui sont l’épuisement des ressources énergétiques les plus faciles d’accès et les plus faciles à transformer (en particulier le pétrole) et corrélativement, le problème de l’équilibre environnemental, menacé par l’accroissement rapide des émissions de gaz à effet de serre (gaz carbonique et méthane) majoritairement responsables du renforcement de cet effet et donc du réchauffement climatique. Face à ces enjeux internationaux (réduction des inégalités d’accès aux services de l’énergie, protection de l'environnement et du droit des populations dans une perspective de développement durable), deux priorités semblent s’imposer, d’une part, la mise en place de stratégies mondiales pour réduire les inégalités et les tensions, d’autre part, la maîtrise des consommations d’énergie qui passe par des politiques ambitieuses reposant sur la solidarité et la mobilisation des citoyens, des organisations, des collectivités et des états. L’un des vecteurs engendrant la mise en place d’une politique de maîtrise de l’énergie en Tunisie, s’identifie à une technique de production simultanée d’énergie électrique et de chaleur : La cogénération. Dans le cadre du plan d’actions pour le développement de la cogénération en Tunisie et dans le cadre de l’optimisation de son profil énergétique , la société Slama Frères s’est équipée en Mars 2012 d’un système de cogénération utilisant un moteur à gaz de 1,131 MW , l’énergie Projet de fin d’études / Encadré par Zied Abdallah ENSIT 2016 SUIVI & MODELISATION D’UNE UNITE DE COGENRATION INDUSTRIELLE 7 électrique produite étant autoconsommée en majeure partie et l’excédent étant vendu à la STEG (Société Tunisienne de l’électricité et du gaz ). Afin d’évaluer les performances énergétiques et économiques de l’installation et ce après quatre années d’exploitation, On compte faire une modélisation et un suivi technico- économique de l’unité de cogénération. Le premier chapitre sera consacré à la présentation de l’entreprise, dans le deuxième chapitre, nous présentons des généralités sur la technologie de la cogénération, au cours du troisième chapitre nous allons modéliser l’unité de uploads/Industriel/ suivi-amp-modelisation-unite-de-cogeneration-industrielle-thermoptim-cas-reel-dans-l-x27-industrie-calcul-rendement-unite-cogeneration-gaz-naturel-etude-installation-cogeneration-zied-abdallah-slama.pdf