Valorisation de la chaleur fatale
Chaque secteur a ses propres sources de chaleur perdue et ses propres besoins énergétiques.
Découvrez comment nos solutions s’intègrent à votre activité, quelle que soit votre industrie.
Introduction au fonctionnement du cycle thermodynamique
Lorsque la valorisation thermique directe d’une source chaude (qu’elle soit fatale ou non) n’est pas possible, la conversion de la chaleur en d’autres usages énergétiques, notamment en électricité, repose majoritairement sur des cycles thermodynamiques, bien que des technologies de conversion directe, telles que les modules thermoélectriques ou les systèmes thermophotovoltaïques, existent, avec des niveaux de maturité et de rendement plus limités.
Les cycles thermodynamiques les plus couramment utilisés pour valoriser la chaleur industrielle comprennent le cycle de Rankine, le cycle ORC (Organic Rankine Cycle) et le cycle de Brayton, chacun permettant de transformer l’énergie thermique en travail mécanique puis en électricité.
Un cycle thermodynamique peut être compris comme une succession d’étapes dans lesquelles un fluide (comme de la vapeur ou de l’air) subit des transformations de pression et de température, permettant de produire de l’énergie exploitable. Le fluide peut ainsi être chauffé, détendu, compressé et condensé de façon répétée, créant un processus fermé qui récupère efficacement la chaleur et la transforme en énergie électrique ou mécanique, optimisant ainsi la valorisation de la chaleur fatale ou résiduelle générée par l’industrie.
Cette chaleur peut soit être produite spécifiquement pour alimenter le cycle et générer de l’électricité, comme c’est le cas dans un cycle de Rankine utilisé dans les centrales thermiques (à gaz, à charbon…) ou les centrales nucléaires, ou alors cette chaleur peut provenir de processus industriels existants, comme c’est le cas pour la chaleur fatale issue de process industriels.
AURAGEN
Le changement d’échelle thermique d’AURAGEN
Le procédé AURAGEN repose donc sur un cycle de Rankine à condensation, dont les performances sont directement liées aux températures des sources chaude (Tc) et froide (Tf). Comme l’indique le principe du rendement de Carnot (1- (Tf/Tc) vu précédemment, l’efficacité d’un tel cycle augmente lorsque l’écart entre ces deux températures est important.
En pratique, il est cependant difficile d’augmenter indéfiniment la température de la source chaude, car elle est limitée par la résistance des matériaux. À l’inverse, il est théoriquement plus accessible d’abaisser la température de la source froide. Là où les systèmes conventionnels se limitent généralement à une source froide proche de 0°C (273°K), AURAGEN propose de descendre à des températures de condensation extrêmement basses avec l’utilisation de l’azote (77°K) et du néon (30°K), qui de plus, ne sont pas des gaz à effet de serre.
Positionnement des échelles thermiques des différents cycles thermodynamiques connus
Cette illustration montre le positionnement des différents cycles, avec à gauche, la température la plus basse à laquelle le cycle peut descendre, et à droite, la température la plus haute à laquelle le cycle peut monter.
Les cycles présentés sur ce schéma sont les suivants :
Le cycle AURAGEN conçu par EOSGEN : 243°C (30K) à 100°C (373K)
Le cycle des ORC (Organic Rankine Cycle) : 30°C à 250°C
Le cycle à vapeur que cela soit avec une combustion de gaz, ou alors dans les centrales nucléaires) : 20°C jusqu’à 700°C (330°C pour les centrales nucléaires)
Le cycle au CO2 supercritique (cycle de Brayton ou de Rankine) : 0°C jusqu’à 700°C
Cette approche permet ainsi d’obtenir des écarts de température importants même avec des sources chaudes à basses températures (<100°C) et ainsi obtenir des rendements de production électrique plus élevé que les autres technologies actuellement développés.
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Une approche radicalement différente
Dans ce contexte, AURAGEN s’inscrit dans un véritable changement d’échelle thermique. Contrairement aux technologies classiques (centrales thermiques, cycles ORC, cycle CO2 supercritique) qui évoluent dans des plages de température élevées ou modérées, AURAGEN opère dans un domaine fortement décalé vers le froid extrême, appelé froid cryogénique.
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De nouvelles sources de chaleur valorisables
Ce déplacement réduit la dépendance à des sources chaudes élevées et ouvre la voie à la valorisation de chaleurs fatales à basse température, voire de fonctionner avec des sources de chaleur naturelles (solaire thermique, chaleur des eaux…).
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Une singularité visible sur le schéma
Le schéma ci-dessus illustre ce positionnement en situant les différentes plages de fonctionnement et en mettant en évidence la singularité du procédé AURAGEN, centré sur une source froide très basse plutôt que sur une source chaude élevée.
Les différentes chaleurs pouvant faire fonctionner AURAGEN
Les sources de chaleur pouvant être récupérées peuvent être de plusieurs formes possibles : aussi bien des fumées que des eaux chaudes.
Par ailleurs, cela peut être des chaleurs fatales en industrie par exemple, mais pas seulement.
Et vu que le rendement est intéressant dès les températures de 20°C, il est alors possible d’utiliser des chaleurs « naturelles » comme la chaleur des rivières ou des océans, ou la chaleur issue de l’énergie solaire avec des panneaux thermiques.
EOSGEN
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