Modélisation et simulation des échangeurs d’une installation de production d’électricité par énergie thermique des mers

L'Energie Thermique des Mers (ETM) permet de produire de l'electricite a partir de la difference de temperature entre l'eau de mer chaude en surface des oceans et l'eau de mer froide en profondeur grâce au cycle thermodynamique ferme de Rankine. Une installation experimentale situee en zone intertropicale a l'Ile de La Reunion, ou cet ecart de temperature peut atteindre la vingtaine de degres, le PAT ETM (Prototype A Terre d'Energie Thermique des Mers), a ete mise en place dans le but de tester la faisabilite de ce type d'installation, construire des modeles numeriques adaptes, confronter les resultats a l'experimentation et choisir des technologies de composants les plus appropriees. Compte tenu des tres faibles ecarts de temperature entre les sources, les elements clefs du cycle restent les echangeurs de chaleur dont on cherche a ameliorer le fonctionnement. Pour cela, une modelisation des echangeurs a ete construite sur la base des resultats experimentaux obtenus sur le banc PAT ETM et de l'analyse qui en est faite. Cette partie constitue le coeur du travail realise et s'illustre par le test de differentes technologies d'evaporateurs (tubes/calandre a surface lisse ou amelioree, a film ruisselant, a plaques) et la recherche et l'identification des correlations d'echange les plus adaptees aux cas consideres. Nous avons choisi de simuler l'un des echangeurs (l'evaporateur en l'occurrence) au moyen d'une modelisation par zone. Il s'agit de separer la zone de chauffage du liquide avant evaporation de celle de l'evaporation proprement dite puis de celle de la surchauffe. L'etude fait appel a des combinaisons serie/parallele d'echangeurs unitaires decrites selon une approche TLM. Les conditions operatoires et la configuration geometrique relativement simple de l'evaporateur nous ont permis un choix eclaire des correlations de coefficients d'echange a utiliser pour l'eau ainsi que l'ammoniac dans ses deux transformations sous forme d'energie sensible. En revanche, c'est moins le cas dans la zone diphasique d'evaporation ou les relations issues de la litterature donnent des resultats assez differents et par consequent d'une fiabilite assez faible. Ainsi, fort des resultats experimentaux obtenus sur le PAT et de ce modele, nous avons pu comparer ces differentes correlations afin de determiner la plus adaptee a notre cas et analyser le comportement de l'echangeur notamment en determinant les surfaces d'echanges dediees aux phenomenes decrits plus haut.