Turbine solaire

[remyb]

Les turbines a gaz permettent de transformer de la chaleur en énergie mécanique. Mais, pour avoir un bon rendement, il faudrait procéde a un échauffement progressif du gaz.
Le capteur solaire a concentration cylindrique permettent de collecter beaucoup de chaleur, mais à condition qu'il soit long.
De ces deux inconvénients, on peut sans doute faire une solution performante :

Turbine solaire, vue d'ensemble

image.jpg (720.35 Kio) Consulté 7153 fois

Dans l'ordre de l'écoulement du gaz (gaz = air) :

1. Compresseurs axiaux tout au bout de l'absorbeur
2. Echauffement progressif dans l'absorber, avec successivement : récupération de la chaleur des gaz d'échappement, end loss, consentration, concentration + miroir plan (qui double la concentration en bout)
3. Turbine de puissance de l'autre côté de miroir
4. Retour dans le tube en verre qui entoure l'absorbeur, avec refroidissement progressif (contre-courant par rapport à l'admission et recyclage des pertes thermiques de l'absorber)
5. Turbines d'entraînement avant échappement final, prêt du point d'entree

Remarque :
Pour une conception basique, un absorbeur lise pourrait convenir. Mais, je pense que si on veut maximiser les échanges de chaleur, il vaudrait mieux des ailettes hélicoïdales a l'intérieur de l'absorbeur et/ou à l'extérieur (captation solaire ou récupération sur gaz d'échappement).
Pour ne pas avoir de joint, l'absorber tourne sur toute la longueur.
A voir s'il faut des étages de compression multiple. Idem pour la turbine de sortie : un ou deux étages ?
On peut voir ça comme un turbo-reacteur d'avion allongé avec contre-pousse (le but ce n'est pas d'avancer).
Ou comme deux mini tornades contrarotatives imbriquees Si on l'installe en position verticale.

[Altab]

merci pour cette contribution Rémy,
après on a toujours le même soucis, il faut regarder si on peut bien hacker pour faire de l'open source, faut pas qu'il y ait des brevet de déposé qui bloque trop le truc.

Mais c'est super de chercher des applications pour la suite du concentrateur

[remyb]

Certains éléments :

• A une extrémité, c’est une turbine qui entraine un compresseur axial.
• De l’autre, c’est une turbine qui détend un gaz pour produire de l’énergie mécanique
• Le centre, c’est un échangeur à contre-courant : le flux du milieu récupère la chaleur du fluide extérieur.
• Le concentrateur solaire pour focaliser l’énergie solaire sur un absorbeur en traversant un matériaux transparent
• Au global, c’est le cycle d’une turbine à gaz : compression / chauffe / détente / refroidissement.

me semblent très classiques.
Même l'ajout d'un miroir plan perpendiculaire à l'axe du concentrateur pour augmenter la concentration en bout (et supprimer le end loss à une des ectrémités) ne me semble pas extraordinaire.
Pour ces parties, s’il y a eut des brevets, ils sont sans doute déjà dans le domaine publique.

Je ne vois que deux vrais « nouveautés » :

1. Avoir une paroi extérieur de l’échangeur transparente pour que l’énergie solaire soit acheminée « sans pertes » jusqu’au centre de l’échangeur.
2. Et que le centre de l’échangeur soit l’absorbeur du concentrateur solaire.

C'est à dire un agencement « astucieux » qui, avec un seul élément, assure deux fonctions : l’absorbeur solaire et l’échangeur à contre-courant.

Sur le net, j'ai bien trouvé des solutions de turbine combinée avec du solaire.
Le plus basique : Tour ou cheminée solaire
(Qui est la variante "énergétique" des cheminées de ventilation "iranienne" utilisé depuis des siècles.)

Les autres séparent la partie chauffage solaire, de la partie production d'énergie mecanique.
Par exemple : http://www.notesdevoyage.com/journal/in ... ne-solaire
qui utilise de l'air.
Et le classique "utiliser le concentrateur solaire pour production de vapeur sous-pression" qui sera utiliser dans X ou Y...

Mais je n'ai rien vu qui imbrique les deux. Il faut noter que :

• Pour un expert des échangeurs thermiques, il faut isoler la paroi extérieur de l’échangeur afin de maximiser l’échange du coté intérieur. Donc, pas du verre, mais un isolant thermique performant à l’extérieur !
• Pour un expert solaire, il faut limiter les échanges thermique entre l’absorbeur et ce qui l’entoure, donc, surtout pas un fluide en mouvement ! Au contraire, pour lui, il faudrait faire le vide autour de l’absorbeur !

[pachama]

Bonjour,

Le design est en effet intéressant.

Il existe des turbines à gaz ou des cycles combinés de forte puissance (de 1MW ou plusieurs centaines de MW) qui associent l'énergie du soleil avec la combustion du gaz naturel. Il en existe différents designs, en général cela permet de créer des centrales qui fontionnent jour et nuit, tout en minimisant leur consommation de gaz naturel.
Un exemple parmi d'autres de ces centrales:
http://www.sciencedirect.com/science/ar ... 111300879X

Par contre je n'ai jamais vu d'infos sur les microturbines du type que tu décris.
Je pense que ça pourrait fonctionner, je vois deux points un peu difficiles dans ce design:
- la perte de charge (perte de pression) due au retour de l'air chaud en bout de tube risque d'être importante et peut minimiser la puissance de la machine;
- une turbine à gaz voit son rendement chuter lorsqu'elle aspire de l'air chaud (le compresseur aspire un volume d'air comparable, mais une masse bien plus faible car la masse volumique chute), et l'admission est au même endroit que l'échappement, la machine peut donc réaspirer son air chaud.

Est-ce que tu ne crois pas qu'un design plus simple, l'admission d'un côté et l'échappement de l'autre, pourrait mieux marcher?
Ca permettrait aussi de mettre l'absorbeur sous vide.

A bientôt,
Benoît.

[remyb]

Ca permettrait aussi de mettre l'absorbeur sous vide.

Pas forcement facile de fabriquer un tube sous vide en DIY. Surtout si on ajoute des étanchéités à haute température et/ou sur des pièces en rotation. Donc, en DIY, le retour qui récupère les pertes thermiques me semble un bon compromis.

l'admission est au même endroit que l'échappement, la machine peut donc réaspirer son air chaud.

Concernent ta remarque pertinente, au lieu de faire un retour sur toute la longueur, on peut fait un retour partiel. Par exemple sur les 3/4 de la longueur. Sur la partie restante (le premier 1/4), les pertes thermiques sont, de toute façon, faibles car la différence de température est faible. Et cela éviterait le risque de réaspiration de l'air d'échappement...

Il en existe différents designs, en général cela permet de créer des centrales qui fontionnent jour et nuit, tout en minimisant leur consommation de gaz naturel.

Au niveau idéologique, je suis très septique face à ce genre de "solution". Personnellement, si j'étais pétrolier, c'est ce genre de solution que je mettrais en œuvre. Cela donne un image "renouvelable", permet de récupérer des subventions, mais, en réalité, les 3/4 de l'énergie contenue à provenir du pétrole et dérivé voir plus... Et pendant ce temps, on continu à se servir de l'électricité pour chauffer des maisons mal isolées avec des convecteurs

[pachama]

Bonjour,

Oui tu as raison, les designs des turbines à gaz et des cycles combinés mixtes sont des initiatives d'industriels qui ne changent pas grand chose à la donne.

Benoît.