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Focus technique : Moteur à Gaz

10/09/2010
Parmi les opérations unitaires disponibles dans ProSimPlus (logiciel de simulation de procédés continus), le module Moteur à Gaz permet de représenter un moteur à combustion interne fonctionnant avec du combustible gazeux (gaz naturel, biogaz...). Ce moteur produit de l’électricité et de l’énergie restituée sous forme de chaleur dans des échangeurs thermiques.


Focus technique : Moteur à Gaz



Module Moteur à Gaz



De tels équipements constituent le coeur des systèmes de cogénération ou de micro-cogénération. En termes de conception ou de modélisation de procédés, ce module peut être utilisé pour analyser les performances d'un moteur à gaz sur ses aspects énergétiques (niveau de production d'électricité et de chaleur en fonction du flux d'entrée) et économiques (rentabilité); Plus généralement ce module est également utilisé dans le cadre de diagnostiques énergétiques de procédé.

Le module Moteur à Gaz de ProSimPlus intègre :
  - Une unité de combustion interne (moteur à gaz proprement dit) dont l'objectif est la production d'énergie électrique ;
  - Un échangeur basse température (appelé "échangeur BT") pour le refroidissement du moteur. Cet échangeur est nécessaire pour le bon fonctionnement du moteur et utilise un fluide de refroidissement circulant en boucle fermée entre le moteur et l’échangeur ;
  - Deux échangeurs haute température (appelés "échangeurs HT") dont l'utilisation est optionnelle.


Spécification du Moteur à Gaz
Les courants de combustible (Méthane) et d’air alimentant le moteur à gaz ne sont pas des alimentations au sens habituel de ProSimPlus ou de la simulation dans la mesure où ils font intégralement partie du module. Leurs propriétés sont définies directement dans la fenêtre d’édition du moteur à gaz et seule la connexion d’un courant de sortie au niveau des fumées est nécessaire.

Dans un contexte d'analyse énergétique sur un procédé global, l'intégration du module au reste du procédé s'effectue par la connexion des alimentations et des sorties des flux d'utilité au niveau des échangeurs.


En termes de configuration, ProSimPlus offre un environnement convivial pour définir l'ensemble des paramètres importants du moteur notamment, le pouvoir calorifique supérieur (PCS) du combustible et son ratio carbone / hydrogen, l'excès d'air, le niveau de pression et la température de l'entrée d'air.
Les échangeurs associés au Moteur à Gaz peuvent être calculés à partir de leur coefficient UA global, en définissant les aires d'échange des différentes sections ou à partir d'un modèle en pincement.

Cliquez pour agrandir Fenêtre de configuration du module   Cliquez pour agrandir Fenêtre de configuration des échangeurs du module


Le module offre le choix entre plusieurs modes de calcul, dépendants du type de puissance qui est contraint:
  - La puissance combustible, qui représente le produit entre le PCS du combustible et son débit ;
  - La puissance haute température (HT), disponible sous forme de chaleur au niveau des fumées ;
  - La puissance basse température (BT), fournie sous forme de chaleur au niveau du fluide de refroidissement du moteur.
Les puissances non contraintes sont calculées soit à partir de la spécification de rendements énergétiques (rapport du type de puissance produite sur la puissance combustible), soit par l'utilisation de corrélations, fonctions de la puissance nominale ou de la charge de chacun de ces éléments, en mode de fonctionnement dégradé. L'utilisateur peut également spécifier les paramètres pour calculer le rendement de l'unité et d'établir un bilan financier qui prendra en compte les coûts d'investissement et de maintenance associés.

Résultats
A convergence, les résultats disponibles sont :
     Le débit de combustible nécessaire pour obtenir le niveau spécifié de puissance générée par la combustion. Inversement, si le débit est spécifié, le module calcule la puissance générée ;
     La puissance électrique produite et les puissances thermiques au niveau des fumées (puissance HT) et au niveau des fluides de refroidissement (puissance BT) ;
     Les propriétés des fumées de sortie (débit, pression, température, composition) ;
     Le débit du fluide de refroidissement de l'échangeur BT ;
     Les caractéristiques des échangeurs HT suivant les sections (puissance échangée, aire d'échange, pincement) ;
     Le bilan financier sur l'unité Moteur à Gaz.