Etude et réalisation d’une turbine à vapeur alimentée par une source de chaleur solaire.

Abstract

تتناول هذه المذكرة دراسة وتصميم وإنجاز توربين بخاري يعمل بالطاقة الشمسية باستخدام مجمع شمسي على شكل مرآة قطع مكافئ يسخّن الماء لإنتاج بخار يشغّل التوربين وفق دورة رانكين لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية ثم كهربائية. تمت دراسة الجوانب النظرية (المبادئ الترموديناميكية، أنواع التوربينات، التقنيات الشمسية)، ثم صُمِّم النظام مكوَّنًا من مجمع شمسي، غلاية، توربين. أُنجز نموذج مصغّر واختُبر ميدانيًا حيث بلغت القدرة الشمسية المجمّعة 600 واط، والقدرة الميكانيكية الناتجة نحو 252 واط، أي بكفاءة إجمالية قدرها 42%. أظهرت النتائج أن المشروع ممكن تقنيًا رغم محدودية الضغط والحرارة، مع توصيات بتحسين العزل الحراري، واستخدام تتبع شمسي أوتوماتيكي، وتكبير السطح العاكس. تمثل هذه التجربة خطوة نحو تطوير أنظمة توليد كهرباء نظيفة وصغيرة الحجم تناسب ظروف الجزائر المشمسة الكلماتالمفتاحية: توربينبخاري؛مجمعشمسي؛طاقةميكانيكية؛عزلحراري؛إنتاجالكهرباء Abstract This thesis examines the study, design, and implementation of a solar steam turbine using a parabolic mirror solar collector. This collector heats water to produce steam. This steam drives the turbine according to the Rankin cycle, converting thermal energy into mechanical and then electrical energy. Theoretical aspects (thermodynamic principles, turbine types, solar technologies) were studied, and the system was then designed. It includes a solar collector, a boiler, and a turbine. A small-scale model was built and field-tested, producing a combined solar power of 600 watts and a mechanical power of approximately 252 watts, for an overall efficiency of 42%. The results demonstrated the technical feasibility of the project despite pressure and temperature constraints. Recommendations include improving thermal insulation, using automatic solar tracking, and enlarging the reflective surface. This experiment represents a step towards the development of clean, small-scale electricity production systems adapted to Algeria's sunny climate. Keyword: steam turbine; solar collector; mechanical energy; thermal insulation; electricity production

Résumé Ce mémoire examine l'étude, la conception et la mise en œuvre d'une turbine à vapeur solaire utilisant un capteur solaire à miroir parabolique. Ce capteur chauffe l'eau pour produire de la vapeur. Celle-ci entraîne la turbine selon le cycle de Rankine, convertissant l'énergie thermique en énergie mécanique puis électrique. Les aspects théoriques (principes thermodynamiques, types de turbines, technologies solaires) ont été étudiés, puis le système a été conçu. Il comprend un capteur solaire, une chaudière et une turbine. Un modèle à petite échelle a été réalisé et testé sur le terrain, produisant une puissance solaire combinée de 600 watts et une puissance mécanique d'environ 252 watts, pour un rendement global de 42 %. Les résultats ont démontré la faisabilité technique du projet malgré les contraintes de pression et de température. Les recommandations comprennent l'amélioration de l'isolation thermique, l'utilisation d'un suivi solaire automatique et l'agrandissement de la surface réfléchissante. Cette expérience représente une étape vers le développement de systèmes de production d'électricité propres à petite échelle, adaptés au climat ensoleillé de l'Algérie. Motclé : turbine à vapeur ; capteur solaire ; l'énergie mécanique ;l'isolation thermique ; production d'électricité