Différents
projets de récupération d’Énergie Thermique des Mers -ETM- sont
actuellement en voie de concrétisation pour produire de l’électricité .
Le principe consiste à utiliser la différence de température de 20 °C,
existant naturellement dans les mers tropicales, entre la température
de l’eau de surface, environ 25 °C, et celle de l’eau profonde, environ
5 °C à 1000 m de profondeur. La ressource mondiale théorique basée sur
un gradient de température de 20 °C au moins permettrait de produire
environ
80 000 TWh·an−1 dans les zones intertropicales (source
IFREMER).
Le cycle thermodynamique, appelé cycle de Rankine, représente
l’évolution de l’état de l’ammoniac, fluide de travail qui circule dans
la machine. Il permet la production d’énergie grâce à la différence de
température entre une source chaude et une source froide.
Q 31
Une installation thermique des mers est une machine thermique cyclique
ditherme. Identifier la source froide et la source chaude. Le fluide
qui circule dans la machine est de l’ammoniac, quel est son rôle ?
L'eau froide des profondeur joue le rôle de source froide ; l'eau de
surface joue le rôle de source chaude. l'ammoniac est le fluide
caloporteur.
Q 32 Écrire les
expressions des bilans énergétique et entropique pour un fluide auquel
on fait subir des transformations
cycliques entre deux sources thermiques, une chaude de température TC,
et une froide de température TF.
Bilan énergétique : DU
= Qchaud + Qfroid + W (1).
Bilan entropique : DS = Qchaud / TC + Qfroid
/ TF + Scréee. (2)
Q 33 En déduire
l’expression du rendement d’un moteur fonctionnant selon un cycle de
Carnot, cycle idéal réversible, entre les températures TC et
TF .
Dans le cas de la réversibilité Scréée = 0.
Dans le cas d'un cyle réversible : DU = 0 ; DS = 0.
TF / TC = - Qfroid / Qchaud.
W = -Qchaud - Qfroid.
Rendement = - W / Qchaud = 1+Qfroid / Qchaud
= 1-TF / TC.
Étude simplifiée d’un dispositif ETM à
partir des données destinées au dimensionnement d’une centrale
située sur l’île de la Réunion.
Le « fluide de travail » utilisé est l’ammoniac; le cycle de
transformations subies par ce fluide correspond à
un cycle de Rankine.
Q 34 Quel est le
rendement d’un cycle de Carnot correspondant à TF = 5 °C et TC
= 28°C ?
Rendement = 1 -(5 +273,15) / (28 +273,5) =0,076 ( 7,6 %).
Q.35 On suppose que
le cycle décrit par l’ammoniac est le cycle composé de deux
transformations isobares, une transformation isentropique réversible et
une transformation isenthalpique.
Pour ce cycle et par unité de masse d’ammoniac, W est le travail
mécanique fourni au turbo-alternateur
et QC le transfert thermique apporté par la source chaude.
En notant h l’enthalpie massique du fluide, le bilan enthalpique pour
un fluide en écoulement stationnaire au travers d’un dispositif du type
pompe, turbine, évaporateur ou condenseur s’écrit :
h = Wutile + Q.
si l’on néglige les variations d’énergie cinétique et d’énergie
potentielle, avec Wutile
le travail massique reçu par le fluide par l’intermédiaire de pièces
mobiles et Q le transfert thermique massique reçu. On précise que
Q et Wutile sont des grandeurs algébriques.
Soit
h = −Wutile
/ Q.
Que
représente ce rapport ? Estimer sa valeur.
Ce rapport représente le rendement réel de la centrale.
Wutile = Wturbine = Dh 3--> 4 ~ -
50 kJ kg-1. (détente isentrope ).
QC = Qévaporateur =Dh 1'--> 3 ~
1200 kJ kg-1. ( chauffzge isobare ).
Rendement = 50 / 1200 ~0,042 ( 4,2 %).