Published December 17, 2020 | Version v1
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Influence of working fluid choice, heat exchangers technology and dynamic control of an ORC on the interest and performances of an Ocean Thermal Energy Conversion system

Description

The temperature difference between the hot surface seawater (of tropical solar origin) and the cold one at depth (which comes from the poles) constitutes a stable, environmentally-friendly and renewable source of energy available in the ocean. This ocean thermal energy conversion (OTEC) can be used to produce electricity by the way of an organic Rankine cycle (ORC). However, the small temperature difference between hot and cold sources represents a technical challenge both for heat transfers and for cycle performances. The objective of this thesis is then to explore the operation improvement possibilities of an ORC applied to OTEC, to complete the knowledge of the system components and to highlight the advantages of this new technology on a non-connected grid such as that of Reunion Island. This work is based both on simulations and on experimental results obtained on a 450 kW thermal energy onshore prototype named PAT ETM. In the first chapter, a new method for the choice of the working fluid is proposed. The study brings out some fluids so far little considered for OTEC. In the second chapter, the experimental tool (the PAT ETM) is presented extensively. The third chapter reports the heat exchanger technologies that have been tested and characterized. The fourth chapter deals with the dynamic modeling of an OTEC system. This study leads to the assessment of the controllability of a complete power plant and shows a still little explored opportunity: that of using OTEC as a management tool to control an electrical network. (author)

Abstract (French)

La difference de temperature entre l'eau de mer chaude de surface (d'origine solaire tropicale) et celle qui est froide en profondeur (qui vient des poles) constitue une source d'energie stable, propre et renouvelable disponible dans l'ocean. Cette energie thermique des mers (ETM) peut etre convertie en electricite par le cycle organique de Rankine (ORC). Le faible ecart de temperature entre les sources chaudes et froides represente cependant un defi technique a la fois pour les transferts thermiques et pour les performances du cycle. L'objectif de cette these est d'explorer les possibilites d'amelioration du fonctionnement d'un ORC applique a l'ETM, de completer les connaissances des composants du systeme et de mettre en evidence les avantages de cette technologie nouvelle sur un reseau non-interconnecte comme celui de La Reunion. Les travaux presentes se basent a la fois sur des simulations et sur des resultats experimentaux obtenus sur un banc d'essai de 450 kW thermique nomme le PAT ETM. Dans le premier chapitre, une nouvelle methode de choix du fluide de travail est proposee. L'etude fait ressortir certains fluides peu consideres jusqu'a present pour l'ETM. Dans le second chapitre, l'outil experimental (PAT ETM) est presente en detail. Le troisieme chapitre dresse le bilan des technologies d'echangeurs qui ont ete testees et caracterisees. Le quatrieme chapitre traite de la modelisation dynamique d'un systeme ETM. Cette etude aboutit sur l'evaluation de la pilotabilite d'une centrale complete et met en evidence une opportunite encore peu exploree: celle d'utiliser l'ETM comme un outil de gestion pour assurer le controle d'un reseau electrique. (auteur)

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Original title (French)
Influence du fluide du travail, de la technologie des echangeurs et du pilotage dynamique d'un cycle ORC sur l'interet et les performances d'un systeme de conversion d'Energie Thermique des Mers

Publishing Information

Imprint Pagination
269 p.
Report number
FRNC-TH--14888

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Notes
211 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses