transformation d'une source thermique 85° <25 kw en electricité

[aero60]

Bonjour,

Je voudrais faire le point sur l'état actuel de la technique permettant de récupérer l'énergie d'une source de chaleur à 85° (circuit de refroidissement moteur diesel), d'une puissance thermique variable et <25 kw, à transformer en energie electrique.

En circuit fermé, dans une installation assez compacte, avec des échanges thermiques résiduels faibles avec l'extérieur. l'équipement peut être assez onéreux, techniquement complexe mais doit être fiable et pas trop lourd...Quadrature du cercle ? Farfelu sinon on l'aurait déjà inventé ? Ou peut-être celà existe déjà ?

Serait-ce possible avec un turbine de petite puissance alimentée par un fluide en circuit fermé à bas point d'ébullition sous pression elevée ?

Est-ce envisageable selon les techniques de micro-cogénération ?
Ou avec un moteur Stirling ?

Dans l'affirmative, quel pourrait être le rendement d'une telle transformation d'énergie ? Et sous quelle forme faudrait-il dissiper la différence restante ?

Merci d'avance pour vos apports m'aidant à mettre à jour mes connaissances de physique, et notamment sur cycles thermodynamiques avec source basse température...dont je me souviens vaguement que le rendement n'est pas folichon...

Soyez complaisant dans votre réponse...mes 67 ans, sans pratique de cette discipline depuis les études, excuseront peut être le caractère rêveur de la question...

Bien à vous, André Martin
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[polo974]

si on suppose une source froide à 30°, on tourne autour de 18% de rendement théorique (delta t /th en kelvin).
un peu de pertes à tous les étages, disons 10% de rendement, soit 2.5kW à la sortie.

10% c'est loin d'être risible (comparable à du photo voltaïque), mais il va falloir les chercher...

"sous pression élevée": voilà, tout est dit pour avoir de la compacité, et du coup, les problèmes surgissent...

Personnellement, je jouerais

• la carte machine à vapeur à piston pour le rendement
• la carte turbine à vapeur pour la compacité
• la carte stirling pour le fun (ou pour éviter les transitions vapeur/liquide)

"Et sous quelle forme faudrait-il dissiper la différence restante ? "
C'est tout le pb, il faut évacuer la chaleur sous une faible élévation de température, ce qui impose un circuit de refroidissement très performant et un fort débit (sinon, le delta T n'est plus là ni le rendement qui devrait aller avec).

[aero60]

Merci "Polo" pour cette réponse rapide. En effet, le rendement n'est pas terrible...d'autant qu'il faut probablement développer une "usine à gaz" derrière, pour récupérer 10% de la puissance seulement...et avoir de toutes façons à évacuer le reste !

En fait il s'agissait d'une réflexion sur la manière dont on pourrait, pour une motorisation diesel de 150cv, récupérer une bonne partie de l'énergie thermique liée au rendement du moteur. Soit >25%, actuellement évacué dans l'atmosphère via un gros radiateur eau/air forcé.

Que j'aurais voulu réduire très fortement avec une récupération de ce genre...Rêveur va ?

J'avais bien pensé en priorité à une machine à vapeur tournant en vapeur sèche, sous forte pression, à une température aussi basse de 85°C...En dehors de l'hydrogène qui est la limite extrème des fluides envisageables, existe-til un fluide plus facile à mettre en oeuvre qui permetrait d'y arriver ? Mais je crois que, de toutes façons, l'écart de t° faible entre les deux sources de chaleur ne modifierait pas le résultat...

Vaut mieux donc trimbaler un gros radiateur et installer quelques m2 de panneaux solaires en appoint...

Sauf à trouver une solution miracle pour passer directement de l'eau à l'electricité...on peut toujours rêver...

[invitee0b658bd]

Bonjour,
il y a bien les thermopiles ou thermopiles, mais c'est trés dur d'en trouver et le rendement est des plus moyens. Il est à la rigueur possible d'utiliser des modules à effet pelletier de "glaciere"
Cependant , si l'utilisation le permet, le plus efficace est surement de faire de l'eau chaude sanitaire ou du chauffage de batiment avec cette chaleur.
fred

[A voir en vidéo sur Futura]

[polo974]

...
En fait il s'agissait d'une réflexion sur la manière dont on pourrait, pour une motorisation diesel de 150cv, récupérer une bonne partie de l'énergie thermique liée au rendement du moteur. Soit >25%, actuellement évacué dans l'atmosphère via un gros radiateur eau/air forcé. ...

150cv soit 100kW
Au mieux rendement 50% (très très gentil), donc autant de kW de chaleur (et sûrement plus).

Les gaz d'échappement est aussi un endroit à exploiter (turbine additionnelle ou génératrice sur le turbo).
Il y a des études sur le sujet d'ailleurs.

Vaut mieux donc trimbaler un gros radiateur et installer quelques m2 de panneaux solaires en appoint...

Ah non, car il n'y aura pas de soleil à minuit!

Sauf à trouver une solution miracle pour passer directement de l'eau à l'electricité...on peut toujours rêver...

Le moulin à eau au fil de la rivière...

[invitee0b658bd]

Bonjour,
gagner quelques % sur la sortie est généralement trés efficace aussi et c'est souvent beaucoup plus facile à faire que de gagner quelques % en récupération de chaleur.
gagner 4% sur l'utilisation de cette puissance mécanique en sortie d'arbre moteur fait immédiatement gagner prés de 10 % sur la consommation d'énérgie.
fred

[alopex]

J'avais bien pensé en priorité à une machine à vapeur tournant en vapeur sèche, sous forte pression, à une température aussi basse de 85°C

Si on parle de vapeur d'eau c'est impossible de surchauffer de la vapeur sous haute pression à 85°C car alors c'est du liquide et non de la vapeur...
Pour des températures de ce type, on peut utiliser un binaire eau/ammoniac (cherche Kalina cycle sur gogol) ou un R quelque chose
utilisé en frigorifique (cherche Turboden pour les cyles ORC).
C'est des procédés utilisés dans les centrales géothermiques mais ca parait difficile à transposer à petite échelle de manière rentable. Si c'est pour le fun et que tu es bricoleur, ca promet une paire de WE de travail!

[invite0324077b]

le probleme de la vapeur d'eau c'est qu'en desous de 100°c on est en dessous de la pression atmospherique : il circule dans le circuit une vapeur a tres faible densité : ca doit etre enorme pour une faible puissance

il est plus pratique de choisir un liquide plus volatil que l'eau : c'est exactement le meme cas que les clim ou les frigidaire : un compresseur a piston de climatisation pourait etre transformé en moteur en remplacant la culasse a clapet simple en culasse a soupape commandé

[invite0324077b]

1-(273+30)/(273+85)=0,15

[alopex]

Attention à ne pas se faire de films avec le rendement de Carnot! Un turbogénérateur ORC déja bien optimisé plafonne à 17% avec une source chaude à 250°C alors je vous laisse imaginer à 85°C.

[polo974]

...
gagner 4% sur l'utilisation de cette puissance mécanique en sortie d'arbre moteur fait immédiatement gagner prés de 10 % sur la consommation d'énérgie.
fred

Par quelle magie??? (sauf à avoir une forte variation de rendement et un mauvais dimensionnement au départ)

Attention à ne pas se faire de films avec le rendement de Carnot! Un turbogénérateur ORC déja bien optimisé plafonne à 17% avec une source chaude à 250°C alors je vous laisse imaginer à 85°C.

soit environ 50% de carnot, ce qui correspond à peu près à mes hypothèses de base.

les machines turbo, c'est jamais terrible en rendement, c'est utilisé pour cause de compacité et fiabilité (paramètres non négligeables).

[alopex]

Hello,

les machines turbo, c'est jamais terrible en rendement

Faut jamais dire jamais... le moteur thermique le plus efficace à ce jour est un cycle combiné associant une turbine à gaz et une turbine à vapeur. Maintenant, dès qu'on est dans des puissances plus faibles et qu'on fait varier le régime et la charge, il est sur que le moteur à pistons est largement devant.

[invite0324077b]

Attention à ne pas se faire de films avec le rendement de Carnot! Un turbogénérateur ORC déja bien optimisé plafonne à 17% avec une source chaude à 250°C alors je vous laisse imaginer à 85°C.

j'ai posté ce calcul car le chiffre de 18% donné au message 2 m'a paru un peu fort...

1-(273+30)/(273+85)=0,15 est le maximum theorique de carnot : bien sur que la pratique est toujours plus faible

la recuperation de la chaleur perdue d'un bon moteur thermique est toujours assez faible : ca se fait pour les tres gros moteur de bateau : on a l'avantage de disposer d'une bonne source froide comme la mer

pour un vehicule routier le radiateur suffit tout juste a maintenir moins de 100°c dans le moteur : si l'on veut maintenir moins de 30°c il faudra un radiateur enorme !!!! et jamais rentable

[polo974]

Hello,
Faut jamais dire jamais... le moteur thermique le plus efficace à ce jour est un cycle combiné associant une turbine à gaz et une turbine à vapeur. Maintenant, dès qu'on est dans des puissances plus faibles et qu'on fait varier le régime et la charge, il est sur que le moteur à pistons est largement devant.

Sauf que là tu as 2 machines thermiques, et chacune prise séparément aura un rendement inférieur aux mêmes machines à pistons (par le simple fait des pertes aérodynamiques dans les turbines ).

A Chatelot, oui, j'ai loupé mon calcul de température haute, d'où la différence que tu as bien fait de pointer.
Et oui, le problème de la taille du radiateur coté froid est assez critique.

Et dire qu'il y en a qui s'imaginent récupérer de l'énergie en pompant de l'eau de mer froide à 1000m pour exploiter un delta T de 25°C...

[invite0324077b]

gorge claude a reussi a faire marcher une machine a turbine a vapeur tres basse pression pour exploiter la difference de temperature entre la surface et le fond de la mer : un vrai exploit : certainement pas si rentable que ca puisque ca n'a pas été continué ...

quand on veut recuperer l'eneregie perdue d'un moteur a explosion il ne faut pas oublier la chaleur de l'echapement plus interessante que le refroidissement des cylindres et culasse puisqu'a plus forte temperature

helas c'est surtout les moteur a essence qui font de la chaleur par l'echapement : les moteur diesel font plus de chaleur par le refroidissement du bloc et beaucoup moins par l'echappement