Modélisation de la boucle complète

Conditions limites

Ainsi que décrit dans la section 6.2, le modèle optique des collecteurs utilise comme conditions limites la température ambiante, le DNI et l’angle d’incidence du rayonnement. Dans la section du chapitre 3 consacrée au mode once-through, il est indiqué dans la partie concernant la boucle DISS que la pression de sortie est régulée par une vanne située après le séparateur final. Nous avons donc choisi pour la modélisation d’imposer la pression de sortie au niveau du dernier collecteur et d’utiliser les valeurs expérimentales réelles. En entrée du premier collecteur, le débit est régulé par l’ouverture de la vanne dont la loi de régulation est également décrite au chapitre 3. Cette régulation n’est pas simulée et on vient simplement imposer les valeurs du débit et de la température mesurés à l’entrée de la ligne. Il en est de même pour la modélisation de la désurchauffe, qui est un mélangeur dont le débit supplémentaire est modélisé par une source à débit et température imposés. La figure suivante schématise ces conditions limites :La mesure du DNI fournie dans les données expérimentales est utilisée directement pour la modélisation et la simulation. La figure ci-dessous montre l’évolution du DNI pour la journée du 22 avril 2002, une des deux journées de données disponibles. Les données sont enregistrées de 9h du matin jusqu’à 23:59:55 le soir, avec un pas de temps de 5 secondes. L’indicateur de focalisation des collecteurs montre que les 11 collecteurs sont défocalisés à partir de 15:56:40, la simulation est donc arrêtée à cet instant. Le décrochage de la courbe vers 09h23 est dû à quelques points de mesure erronés. 

La température ambiante 

Le signal provenant de la mesure de température ambiante du 22 avril 2002 est relativement bruité, un traitement lui est donc appliqué dans l’optique d’apporter une plus grande stabilité à la simulation.

L’angle d’incidence

 Pour calculer l’évolution de l’angle d’incidence durant les journées de mesures disponibles, la base de données MeteoNorm (v7) est utilisée. La localisation la plus proche de la plateforme solaire d’Almeria 189 et disponible dans la base de données est celle de l’aéroport d’Almeria à environ 30 km, ce qu’on considère satisfaisant. La base MeteoNorm fourni les valeurs de la hauteur et de l’azimut solaire pour un pas de temps horaire. L’angle d’incidence est ensuite calculé avec la formule ci-dessous, également avec un pas de temps horaire. Dymola interpole ensuite les valeurs pour chaque pas de temps du solveur. ߠ−��� = ଵሺc�� ܽ௦ c�� ℎ௦ሻ 

Débit d’entrée et d’injection de désurchauffe

 Les mesures de débit d’entrée de la boucle DISS ont une incertitude de 0.05 kg/s selon . Par conséquent, et au vu du faible pas de temps des données mesurées, l’erreur de mesure n’est volontairement pas tracée sur les courbes expérimentales car celles-ci seraient illisibles. Cette remarque est valable pour les autres types de données de mesure tracées, et on ne contente donc de donner l’incertitude. L’entrée de la ligne de collecteur est modélisée par une source de débit, en utilisant le modèle SourceQ de la librairie. ThermoSysPro. Ce modèle permet d’utiliser une valeur fixe de débit, ou bien de faire appel à des données extérieures. De la même façon que pour la température de l’air ambiant, la mesure expérimentale de débit est assez bruitée, et nécessite un traitement pour une simulation sous Dymola. L’allure de la courbe de débit s’explique par la consigne de régulation en température de sortie qui est modifiée durant la journée du 22 avril 2002, et par le fait que la température d’entrée augmente pendant le fonctionnement. La consigne passe en effet de 234°C (qui correspond à la température de saturation à ce niveau de pression) à 300°C (vapeur surchauffée) vers 11h30 [3], tandis que la température de l’eau alimentaire montre à 205°C sous l’effet de la préchauffe avant le champ solaire. La régulation impose donc l’augmentation du débit en entrée [1], [3]. La figure suivante montre les évolutions des débits pour l’injection de désurchauffe. Le même traitement est appliqué au signal de mesure, bien que celui-ci soit moins bruité que le signal du débit d’eau  alimentaire. La valeur du débit d’injection est calculée par la régulation selon une méthode décrite au chapitre 3 du manuscrit. 

Température et enthalpie d’entrée, et d’injection de désurchauffe

Le modèle SourceQ de ThermoSysPro permet d’imposer la valeur de l’enthalpie. La mesure disponible en entrée de ligne est celle de la température et de la pression. L’enthalpie correspondante est donc calculée en utilisant la macro freeware Xsteam [25] et les valeurs de température et de pression (ces deux grandeurs sont suffisantes pour décrire l’état thermodynamique du fluide puisque l’eau est sousrefroidie en entrée de ligne). La figure suivante montre leur évolution pour la journée du 22 avril 2002 La température augmente en première partie de journée pour se stabiliser autour de 205°C vers 13h. La raison est que la préchauffe de l’eau d’alimentation utilise une extraction sur la ligne de vapeur surchauffée en sortie de ligne, qui chauffe donc au fur et à mesure de la journée. 

Pression de sortie

 La pression de sortie est maintenue constante à environ 31 bars (la consigne est de 30 bars, et on observe une légère erreur statique) par la boucle de régulation correspondante, décrite au chapitre 3. La mesure montre que la pression monte rapidement après le démarrage de la boucle, on pourrait donc fixer la valeur de sortie sur une valeur constante dans le cas d’un calcul stationnaire. On cherche cependant à reproduire le comportement dynamique de la boucle observé par l’expérience, il est donc nécessaire de simuler la dynamique réelle des conditions limites apportées. La figure suivante montre l’évolution de la valeur de pression mesurée à la sortie du collecteur 11. On voit que le signal est très peu bruité et ne nécessite donc pas de traitement particulier.