Etude et optimisation de l’hybridation solaire des installations des turbines à gaz et turbines à vapeur utilisés pour le dessalement d’eau

Abstract

Cette thèse présente une analyse de l’hybridation solaire des installations des turbines à gaz et turbines à vapeur utilisés pour le dessalement d’eau par l’utilisation de deux approches. Dans la première approche, nous avons considérés deux essentiels cas de l’hybridation solaire, notamment l’hybridation solaire des turbines à gaz et les cycles combinés. Dans la seconde approche, nous avons élaborés une analyse technico-économique de la combinaison des centrales solaires avec les stations de dessalement thermiques et osmotiques. Dans cette approche, nous avons étudiés la combinaison entre une centrale à concentration de tour solaire (CSP) avec unité de distillation à effet multiple (MED) pour cinq zones côtières de l'Algérie. Les résultats obtenus montrent une production de l'électricité et l'eau douce pour les différentes zones testées en bonne proportion, et que la qualité de l'eau douce produite avec l'unité MED n'est pas affectée par l'intermittence du rayonnement solaire. Et, concernant la combinaison entre les centrales solaires et les stations de dessalement osmossique, nous avons analysés et comparés la combinaison entre une unité de dessalement par osmose inverse (RO) avec les centrales solaires à concentration (CSP) et photovoltaïque (PV). Plusieurs configurations des centrales solaires à tour de concentration (CSP) sont envisagées dans cette thèse, une centrale CSP sans stockage, une centrale solaire CSP avec stockage thermique dont le nombre des heures de stockage se varie entre 8 et 14 heures. Par rapport à l’unité de dessalement par osmose inverse (RO), trois configurations ont été considérées : osmose inverse sans dispositif de récupération d’énergie (RO-basic), unité d’osmose inverse avec récupération d’énergie par une turbine Pelton (RO-WPT), et une unité de dessalement par osmose inverse qui utilise un échangeur de pression (RO-PEX). Afin d’adapter les unités de dessalement avec la fluctuation de la puissance électrique produites par les centrales solaires, nous avons proposé deux scénarios dans le but d'assurer un fonctionnement stable de l’unité d’osmose inverse. Dans le premier scénario, l'unité de l’osmose inverse est représente une seule grande unité avec une capacité de 50 000 m³/jour comme une unité complète avec des performances variables en fonction de la disponibilité de l'énergie électrique produites centrales solaires. Et dans le second scénario, l'unité de l’osmose inverse est composée de dix sous-unités chacune de capacité de 5000m³/jour, ces sous-unités fonctionnées en fonction de la disponibilité de la puissance électrique fournie par les centrales solaires. Les résultats de cette partie révèlent que l'unité RO avec un échangeur de pression combiné avec une centrale CSP de 14 heures du stockage thermique est plus situable économiquement et quantitativement par rapport aux autres configurations.