Développement, modélisation et optimisation d’un système réfléchissant à lames orientables

Development, modelling and optimization a reflecting system with adjustable blades

• Auteur / Autrice : Brice Lecoeuvre
• Direction : Christian Cristofari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, énergétique, thermique, combustion, acoustique
• Date : Soutenance le 18/07/2018
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Py, Lingai Luo, Jean-Louis Canaletti, Marc Muselli, Abdelilah Slaoui, Yilin Fan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Py, Lingai Luo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Politique énergétique

Modélisation électrothermique

Énergie solaire

Mots clés libres

Systèmes à concentration solaire

Modélisation thermique et électrique

Optimisation énergétique

Solar concentrating systems

Thermal and electrical modeling

Energy optimi- zation

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans une volonté de conceptualiser et de finaliser un système énergétique hybride solaire afin de répondre à une demande permanente des organisateurs et acteurs du secours international pour assurer des actions d’urgences de grandes ampleurs. Les travaux de recherche menés à l’université de Corse proposent d’investir une solution innovante répondant à cette problématique par l’utilisation de l’énergie solaire à travers un système à concentration hybride PV/TH autonome, appelé Système Réfléchissant à Lames Orientables (SRLO). Par extension, ce système autonome hybride peut s’implanter aisément dans toutes les situations où l’utilisateur a un besoin d’électricité et de chaleur. A partir d’une première étude prometteuse, nous proposons d’améliorer et d’optimiser son efficacité en lui adaptant un certain nombre de fonctions supplémentaires liées aux progrès technologiques et ce dans l’ingénierie de l’énergie solaire et électrique. Ce système permet de satisfaire ce besoin spécifique de chaleur supérieure à 100◦C et ce besoin d’énergie électrique. Ce programme de recherche scientifique approfondie portera sur la conceptualisation d’un système solaire hybride à concentration intégrant un diagnostic et une préconisation de pilotage intelligent ; ce système est composé de miroirs permettant la concentration du rayonnement solaire, de chaudières linéaires, de modules photovoltaïques, de stockages électrique et thermique pour une utilisation optimisée. Ce système fera l’objet de modélisations physiques et de validations expérimentales afin d’optimiser les transferts énergétiques du système et pour faciliter un transfert de technologie de qualité vers l’industrie. Les simulations reposant sur des modèles physiques ont permis de connaître l’importance et la sensibilité des différents paramètres du système et différentes préconisations pour l’optimisation du système sont proposées. L’étude du potentiel énergétique du système permet de définir une gestion optimisée des différents modes (électrique et/ou thermique). Enfin, la réalisation d’une étude sur l’analyse du cycle de vie permet de réaliser un bilan environnemental du système selon plusieurs critères. Cette étude nous permet de disposer d’un argumentaire de poids afin de concevoir un système le plus écologique possible, pour faciliter son transfert technologique.

This doctoral thesis can be induced by the conceptualization and finalization of a solar hybrid energy system in order to respond to a permanent request from the International Humanitarian Aid System to take the necessary coordinating emergency actions. To deal with this problem, the research work carried out at the University of Corsica proposes to invest an innovative solution by using an autonomous PV / TH hybrid concentrating solar system, called the Orientable Blades Reflective System (SRLO). By extension, this hybrid autonomous system can be easily installed in differents situations where heat and power are required. Based on an initial promising first study, we propose to improve and optimize its efficiency by adapting a number of additional functions related to technological progress in the field of solar and electrical energy engineering. This unique capability gives greater flexibility to address broad field-distribution requirements of energy secure systems with this specific need for heat greater than 100◦C electrical energy. This scientific research program will focus on the conceptualization of a concentrated hybrid solar system integrating a diagnosis and an intelligent energy-management services recommendation. This system adopts mirrors which allow the concentration of solar radiation, linear boilers, photovoltaic modules and electrical and thermal storages for optimal utilization. A physical model and experimental validations have been undertaken in order to optimize the energy transfers of the system allowing easier large scale technological transfer and increased use of solar systems. The simulations based on physical models allow to know the importance and the sensitivity of the different parameters and various recommendations for optimal utilization. The study of the energy potential of the system improves system’s energy performance with different modes (electrical and / or thermal). Finally, a life cycle analysis study is developed. Thanks to this method, it is possible to calculate the environmental impacts of a product at each stage of production. This research is important because it allows us to develop an argument based on credible argument in order to design a system as ecological as possible and to facilitate its technology transfer.