Modélisation et Optimisation d’une Centrale de Cheminée Solaire à Chlef, Algérie

Abstract

L’objectif de ce travail est la modélisation et la simulation de l’effet des paramètres climatiques et géométriques sur la performance de la centrale à cheminée solaire afin d’optimiser son efficacité. La centrale à cheminée solaire (CCS) est un système efficace pour la production d’énergie électrique à partir de l’énergie solaire. La CCS convertit l’énergie solaire en énergie thermique et indirectement en énergie mécanique/électrique en utilisant l’air comme un fluide de travail pour entraîner une turbine connectée à un générateur. En général, une CCS est composée d’une grande serre (collecteur), d’une cheminée et d’une turbine/génératrice. Dans le cadre de ces travaux, un modèle semi-empirique et un modèle numérique 2D ont été développé pour évaluer l’efficacité de la centrale à cheminée solaire à Chlef, en Algérie. L’air qui s’écoule à travers la cheminée solaire est considéré comme un fluide compressible contrairement au modèle Boussinesq. Ainsi, la modélisation numérique a été effectuée au moyen d’équations Reynolds Average Navier-Stokes (RANS) couplées au modèle de turbulence k-ε. Les paramètres météorologiques utilisés dans cette étude, tels que la température et le rayonnement solaire, ont été mesurés dans la région de Chlef, en 2018. La puissance produite à la sortie du CCS, la vitesse de l'air et la température ont été calculées et comparées aux résultats expérimentaux obtenus à partir du prototype de Manzanares pour valider le modèle. Le logiciel COMSOL Multiphysics a été utilisé dans cette étude pour simuler le comportement du flux de l’air dans la centrale à cheminée solaire. Les résultats de simulation obtenus en utilisant le modèle numérique 2D avec fluide compressible à travers la cheminée solaire sont plus précis que les résultats obtenus en utilisant le modèle Boussinesq. Les résultats démontrent que le modèle numérique proposé, dérivé des calculs techniques fondamentaux, est raisonnablement précis et qu’il peut être appliqué efficacement pour étudier la performance des centrales à cheminée solaire. L’étude a démontré que les paramètres géométriques et météorologiques ont un impact très significatif sur l’efficacité de la CCS