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30 sept. 2020

Proposition de stage: Stockage thermique eau/vapeur de la centrale solaire eLLo : modélisation des fluctuations de niveau liquide durant le déstockage.


Proposition de stage
Stockage thermique eau/vapeur de la centrale solaire eLLo : modélisation des fluctuations de niveau liquide durant le dé- stockage.

Niveau : Formation BAC+5 (Master ou Ingénieur) Démarrage : à partir de Février/Mars 2021

Introduction : La société SUNCNIM - filiale du Groupe CNIM - développe et fournit des générateurs de vapeur solaire à concentration, pour la génération d’électricité ou de chaleur. SUNCNIM fut lauréat en 2012 d’un appel d’offres de la Commission de Régulation de l’Energie (CRE) lui permettant de développer sa technologie de solaire à concentration à échelle indus- trielle. La société a construit à Llo en Cerdagne une centrale solaire thermodynamique reposant sur la génération directe de vapeur dans le champs solaire (composé de concentrateurs linéaires Fresnel). La vapeur produite peut soit entraîner directement une turbine - d’une puissance no- minale de 9MW - soit être stockée dans 9 réservoirs de 120m3 chacun (Fig.1-G). La vapeur ainsi stockée peut être mobilisée lorsque la ressource solaire fait défaut et permet donc de pa- lier les intermittences inhérentes aux EnR. Le stockage permet d’actionner la turbine pendant 4h à charge nominale, ou toute une nuit à basse charge. La mise en œuvre d’un tel stockage représente une première mondiale.

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Figure 1 – Gauche : Vue aérienne du système de stockage thermique de la centrale eLLO. Droite : Fluctuations des niveaux de liquide observées durant les phases de déstockage.

 

La vapeur produite dans les champs solaires est stockée sous forme d’eau pressurisée, jusqu’à une pression maximale de 70 bars (≈ 286◦C), afin de minimiser la taille du stockage. Les réservoirs sont connectés en parallèles par deux tuyauteries en partie haute et deux autres en partie basse permettant respectivement l’injection et le soutirage de vapeur ou de liquide. Durant les phases de déstockage, les réservoirs sont connectés à la turbine fonctionnant alors "en pression glissante". L’abaissement de la pression induit une vaporisation rapide et massive de l’eau chaude contenue dans les réservoirs. Du fait de non-homogénéités dans les circuits hydrauliques connectant les différents réservoirs, des chemins préférentiels pour la vapeur produite sont observés. Ceux-ci entraînent d’importantes instabilités du niveau liquide dans les réservoirs (Fig.1-D) complexifiant grandement l’exploitation de la centrale.

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Figure 2 – Schéma de la configuration simplifiée support de l’étude numérique du stage.

 

Objectifs : Ce stage s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre SUNCIM et le laboratoire PROMES ayant pour but de mieux comprendre ces fluctuations de niveaux durant le désto- ckage. Pour ce faire, des simulations numériques seront mises en place, sur une configuration simplifiée (Fig.2), à l’aide du logiciel de simulations NEPTUNE_CFD (développé par EdF). Ce code numérique, utilisant la méthode des volumes finis, est une extension à n phases du mo- dèle à deux fluides initialement développé pour les écoulements dispersés. Des travaux récents ont introduit de nouveaux modèles permettant notamment de modéliser les écoulements gaz- liquides stratifiés intervenant dans cette configuration. Les simulations permettront d’identifier les paramètres contrôlant les instabilités observées et de proposer des modifications du circuit hydraulique pour limiter leurs amplitudes.

Programme de recherche :

Identification et analyse des mécanismes physiques mis en jeu à travers une étude biblio- graphique.
Mise en place de simulations NEPTUNE_CFD de la configuration simplifiée et identifi- cation des paramètres contrôlant les fluctuations de niveau liquide.
Proposition de modifications du circuit hydraulique pour limiter l’amplitude des oscilla- tions dans la configuration réelle.

Références :

• Vidéo de présentation de la centrale eLLo : https://youtu.be/7sK976rua7o

• Vidéo présentant l’outil de simulations : https://youtu.be/CEPpxjjrJlE

Profil du candidat : Niveau BAC+5 (Master ou Ingénieur). Le candidat devra avoir une solide formation en mécanique des fluides et/ou en énergétique. Un attrait pour l’informatique et la modélisation est nécessaire compte tenu du caractère numérique de l’étude. Une habileté avec linux et un langage de programmation (C/C++, Python) sera appréciée.

Lieu de stage : Laboratoire PROMES – Site de Perpignan. Des déplacements réguliers sont prévus sur le site de la centrale à Llo.

Rémunération : Gratification forfaitaire en vigueur (≈ 570 euros/mois)

Candidature : Les lettres de candidature devront être accompagnées d’un CV et adressées à Samuel Mer : , Adrien Toutant : , Fabien Roget : et Florent Lecat :