Schlüsselwörter
(Deutsch)
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TP0072;F - Solarwärme u. Wärmespeicherung
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Mini-centrale électrothermosolaire de 10 kWe mit konzentrierendem Sonnenkollektor.
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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This paper presents field tests of an original concept of a small hybrid solar power plant integrating three technologies: hermetic volumetric scroll expander-generators installed in two superposed Organic Rankine Cycles (ORC), a (bio-)Diesel engine with heat recovery exchangers and a solar field made of two rows of sun following flat plate concentrators with vacuumed isolated collector tubes. The basic idea of the concept is to exploit the synergy between equipment, use cheap and maintenance free expander-generators, guaranty power availability at all time and improve the efficiency of the engine when it has to operate alone at night time by converting the waste heat with the solar ORC. This type of hybrid power plant is intended for rural electrification purposes in developing countries or cogeneration in applications like heated swimming pools in other countries.Pressurized hot water is used at this time as a thermal fluid in the collectors with HCFC123 in the topping cycle and HFC134a in the bottoming cycle. The field tests have been performed during the summer 2001 in Lausanne (Switzerland) and the plant proved operationally reliable. However performance results ( with exergetic efficiencies up to 45%) did not meet the expectations but measures to improve the concept have been identified.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Favrat,Daniel
Kane,Malick
Martin,Samuel
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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kilowattheures solaires thermiques en Suisse. La centrale est composée de deux cycles à fluides organiques et turbines scroll hermétiques connectés ou non à un moteur. Les capteurs solaires sont développés et produits par la société COGENER, ce sont des capteurs extra-plats à concentration (CEP). Durant cette première campagne expérimentale, il a été montré que, malgré la bon fonctionnement de la centrale, plusieurs éléments sont à améliorer afin d’accroître le rendement, réduire l’encombrement et limiter les points critiques concernant la fiabilité.
Les travaux effectués durant l’année 2003 se décomposent en quatre parties:
A : Mesure des performances du nouveau collecteur sans vide avec CPC développé par l’entreprise COGENER pour remplacer le collecteur SOLEL utilisé précédemment. Il s’est avéré que le rendement mesuré était nettement inférieur au rendement attendu.
B : Modélisation du CEP. Un modèle optique du capteur à l’aide du programme de ray-tracing RADIANCE a été développé afin de connaître la distribution du rayonnement sur le tube collecteur. Un modèle thermodynamique faisant appel au logiciel FLUENT a également été réalisé, dans le but de caractériser les pertes thermiques du collecteur.
C : Modification de l’instrumentation des cycles thermiques de la centrale pour caractériser la performance des échangeurs, mesurer la proportion d’huile dans le fluide de travail et tester le réfrigérant R245fa qui remplace le R123.
D : Conception en collaboration avec Merminod Engineering d’une pompe à réfrigérant sur le même arbre que la turbine. La faible viscosité du réfrigérant, le fonctionnement très proche de la courbe de saturation, la séparation nécessaire des fluides de travail et de lubrification ont nécessité le recours à des techniques et matériaux spéciaux.
L’année 2004 devrait nous permettre de finaliser la mesure des performances des échangeurs en fonction du taux d’huile et de tester la pompe qui est actuellement en cours de fabrication. La mesure des performances des cycles avec le R245fa et R134 sera également abordée. Le couplage du modèle de ray-tracing RADIANCE et du modèle FLUENT devrait permettre une modélisation globale d’un capteur solaire et de ses caractéristiques.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EPFL - DME - LENI
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Giroud,Pierre-Alain
Gay,Benoit
Favrat,D.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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This report presents the field tests synthesis of a small Hybrid Solar Power Plant integrating three technologies: hermetic volumetric scroll expander-generators working with two superposed Organic Rankine Cycles (ORC), a cogeneration group composed by a Diesel engine coupled with an asynchronous generator with heat recovery at two levels of temperature and a solar field made of flat plate concentrators. This type of hybrid power plant is mainly intended for rural electrification purposes in developing countries or cogeneration in applications like heating swimming pools in other countries. After having been tested separately, the three main components of the plant (Concentrators, ORC and cogeneration group) have been coupled in a field on the EPFL campus in Lausanne (Switzerland) in order to allow experimentation of the entire installation with real conditions. The general concept is promising, thermal cycles being quite robust and adapting well to the very variable solar conditions, and this for the two working modes (Solar and Hybrid). In terms of performances, results have been encouraging, even if improvements are still necessary. Expanders worked at part load, the concentrating surface having been under-dimensioned and there are no doubts that better results could be achieved with better adaptation between these two elements. In hybrid mode, fuel energy was transformed up to 40.5 into electricity, opening good perspectives for the future including with other cogeneration technologies like micro gas turbines or medium to high temperature fuel cells.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Favrat,Daniel
Kane,Malick
Martin,Samuel
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le capteur extra-plat (CEP) a été développé par la société COGENER située sur le site de l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), dans le cadre du projet SPS (Solar Power System) financé par l'Office Fédéral de l'Energie (OFEN). Il utilise la technologie des lentilles de Fresnel appliquée aux miroirs afin de concentrer les rayons du soleil et d’obtenir une surface plane (en apparence). Cette surface est composées de rangées de lamelles réfléchissantes inclinées dans le but de simuler une parabole. L’axe du capteur est dirigé Nord-Sud, il est mobile Est-Ouest selon un axe de rotation qui lui permet de suivre la trajectoire du soleil durant la journée. Le capteur concentre les rayons du soleil sur un tube central (collecteur) dans lequel circule de l’eau pressurisée à 10 [bars]. L’eau est chauffée jusqu’à une température proche de 160 [°C]. La puissance thermique disponible est utilisée par un cycle ORC (organic Rankine Cycle) mis au point par le Laboratoire d’Energie Industrielle (LENI) de l’EPFL pour produire de l’électricité. En prenant en considération un ensoleillement estival et en tenant compte des résultats obtenus durant l’année 2000 ainsi que des conditions géographiques (déclinaison solaire, etc.), nous estimons la puissance thermique du capteur entre 40 et 45 [kWth], ce qui représente en terme de rendement, environ 53%. Nous estimons que l’utilisation de ce capteur dans une zone dont l’ensoleillement est nettement supérieur à celui de la Suisse peut aboutir sur une production d’énergie électrique ou thermique propre et rentable. Summary The extra flat solar panel has been developed by the firm COGENER on the site of the Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL), this project called SPS (Solar Power System) is financed by the Swiss Federal Office of Energy (OFEN). It use the lens technology of Fresnel applied to mirrors in order to concentrate the sun beams and to obtain a flat surface in appearance. This surface is composed by lines of reflective glass thin strips inclined in order to simulate a parabola. The principal axis of the solar plant is pointed by North-South direction. It is movable by the East-West direction with a rotation axis which allows to follow the sun trajectory during the day. The solar panel concentrates the sun beams on a central tube (collector) in which drives pressured water under 10 [bars]. The water is heated nearly to a temperature of 160 [°C]. The available thermal power is used by an ORC cycle (Organic Rankine Cycle) developed by the Industrial Energy Laboratory (LENI) of the EPFL to produce electricity. The thermal efficiency (transformation from solar energy to thermal energy) is nearly 53%. In taking into account a summer sun, the results obtained during year 2000 and the geographical conditions (solar declination, geographical co-ordinates;..), we will estimate the thermal power of the solar panel between 40 to 45 [kWth]. We estimate that the use of this solar panel in countries where the radiance is higher than in Switzerland can result in a clean and cost-effective electrical or thermal energy production.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
COGENER
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Thély,Jean-Sébastien
Zugehörige Dokumente
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