Approche de conception et d'optimisation de centrale solaire intégrée à cycle combiné inspirée de la méthode du pincement (partie I: paliers de récupération)

• Published in: International journal of thermal sciences Vol. 38; no. 6; pp. 501 - 511
• Main Authors: Kane, Malick, Favrat, Daniel
• Format: Journal Article
• Language: French
• Published: Paris Elsevier Masson SAS 01.06.1999; Elsevier
• Subjects: centrale combinée solaire intégrée; Centrales héliothermiques; cône des débits; double palier; double pressure level; Energie; Energie naturelle; Energie solaire; exergy loss; global pinch; Héliothermie; integrated solar combined cycle system; law of; perte exergétique; pincement global; recuperator; récupérateurs; Sciences appliquees; Sciences exactes et technologie; centrale combinée solaire intégrée; perte exergétique; law of; cône des débits; integrated solar combined cycle system; double pressure level; exergy loss; performance; global pinch; pincement global; recuperator; double palier; récupérateurs; Turbine vapeur; Cycle Rankine; Optimisation; Analyse thermodynamique; Cycle combiné; Méthode pincement; Système intégré; Analyse exergétique; Centrale solaire
• ISSN: 1290-0729; 1778-4166
• DOI: 10.1016/S1290-0729(99)80023-4

Integrated solar combined cycle systems (ISCCS) represent, both economically and energetically, a promising alternative for the conversion of solar energy while offering a guarantee of a minimum power supply independent of the level of solar radiation. Their performances are, however, strongly dependent on the intensity of the solar input. The approach proposed in this paper allows, from the characteristics of the turbines (gas turbines and steam turbines) and of the solar field, to rationalize the choice of the pressure levels and of the massflows of a steam cycle with multiple pressure levels. It is based on the coupling of a pinch technology approach with a thermodynamic modelling, allowing an optimisation with deterministic algorithms. Results are applied to a dual pressure steam cycle and account for the respect of the ‘cone law’ for steam turbines. It is shown that an increase of the exergetic losses linked to heat transfer in the steam generators is inevitable at certain operational regimes and depends directly on the level of solar supply. The variations of the main steam cycle parameters as a function of the thermal supply (combustion gases + solar thermal oil) are shown for an 80 to 120 MWe power plant equipped with two gas turbines and one steam turbine train. Les centrales combinées solaires intégrées (ISCCS) constituent une approche économiquement et énergétiquement prometteuse de conversion d'énergie solaire en électricité, tout en garantissant une disponibilité de puissance minimale, quelles que soient les fluctuations de rayonnement. Leurs performances sont cependant fortement influencées par l'amplitude et le niveau de l'apport solaire. Le démarche proposée dans ce travail permet, à partir des caractéristiques de turbines et de champ solaire, de rationaliser la détermination des niveaux de pression et des débits optimaux d'un cycle à vapeur à niveaux de pression multiples. Elle est basée sur un couplage entre la méthode du pincement global et une modélisation permettant une optimisation par algorithme déterministe. Les résultats appliqués à un cycle de Rankine à deux niveaux de pression, en prenant en compte la loi du cône pour les turbines à vapeur, montrent qu'un accroissement des pertes exergétiques de transfert de chaleur est inévitable à certains régimes et dépend directement de l'amplitude de l'apport solaire. Les variations des principaux paramètres du cycle à vapeur en fonction de l'apport solaire sont données pour une centrale produisant entre 80 et 120 MWe, équipée de deux turbines à gaz et d'un train de turbine à vapeur. cones