Contribution à l’étude et l’optimisation d’une cheminée solaire cas du Sahara Algérien

Abstract

La centrale à cheminée solaire (CCS) est une technologie alternative pour la production d'électricité à partir de l'énergie solaire. L'objectif de ce travail est l’étude des performances de la cheminée solaire, des prototypes des cheminées solaires à petite échelle ont été construits à l'Université d’Ouargla, en Algérie. Un modèle théorique est développé dans cette étude pour évaluer les performances d'une cheminée solaire et les effets des paramètres de la cheminée sur l'efficacité et la puissance de la CCS. Le modèle numérique CFD de turbulence k-ε standard a été adopté pour simuler le flux d'air dans le prototype de cheminée solaire. L'étude a révélé que les vitesses de l'air mesurées à l'entrée de la cheminée sont en bon accord avec celles prédites par simulation en utilisant le modèle CFD. Les résultats de la simulation montrent une zone de recirculation à l'entrée du collecteur avec des vitesses négatives qui entraînent une réduction des performances de la cheminée solaire. De plus, une vitesse de l'air maximale de 1,6 m/s à l'entrée de la cheminée a été observée. Aussi, une zone de perturbation est observée à l'entrée de la cheminée et les particules d'air sont orientées de manière aléatoire. Cette désorganisation du champ de vitesse provoque une perte d'énergie cinétique par une chute de pression. La tendance de la variation de la production de la puissance théorique dans le prototype CCS suit la même tendance de rayonnement solaire et a atteint environ 1,10 W entre 10h00 et 17h00. En utilisant les dimensions du prototype CCS de Manzanares et les conditions météorologiques d’Ouargla, nous avons constaté que la puissance estimée atteignait 104 kW, ce qui est supérieur à la puissance produite à Manzanares (75 kW). Ces résultats montrent que la technologie des cheminées solaires convient très bien aux zones chaudes et arides comme le Sud-Est de l'Algérie. Une autre installation d'un prototype à petite échelle a été réalisée à l'université d’Ouargla, c’est le premier prototype installé en Algérie, où le rayonnement solaire est très élevé avec l'existence de la source géothermique. Le but de cette installation est d’assurer le fonctionnement de la cheminée solaire la nuit ou en cas de manque des radiations solaires par utilisation de la chaleur géothermique de la source d’eau (albienne). Les résultats ont montré que l’intégration du système de réchauffeur d’eau à la place de l’eau géothermique albienne avec la cheminée solaire améliore l’efficacité du système et maintenir le fonctionnement de la CCS ainsi que la production d’électricité continue le jour et la nuit