SlideShare une entreprise Scribd logo

13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.pdf

géothermie

1  sur  4
Télécharger pour lire hors ligne
ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES
Mise à jour : 2021-04-17
13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 1
13.4 EXERCICES DE GÉOTHERMIE MOYENNE ÉNERGIE
Exercice 13.4.a
Votre entreprise obtient le droit d’exploiter un aquifère dont la température fait en sorte que vous disposez d’eau
liquide à 90o
C à pression atmosphérique. Votre patron désire alimenter en eau chaude un quartier comprenant 6 500
logements qui consomment chacun 6 kW en puissance de chauffage incluant les besoins d’ECS. La consommation
annuelle en énergie s’élève à 10 000 kWh. Votre patron exige une PRI de 10 ans ou mieux.
Note: vous négligez, en première approximation:
 Les efficacités des échanges thermiques;
o Les principales pertes
 Les variations de propriétés de l'eau;
o Densité, chaleur spécifique, etc
 Le fait que tous les clients ne sont pas identiques;
o Ils ne consommeront pas la même quantité d’énergie
 Le fait que la température d'entrée chez les clients pourrait varier sur le circuit.
 Les pertes thermiques;
o Dans la distribution, supplémentaires à celles des échangeurs.
 La consommation des pompes (pertes de charge);
o Beaucoup plus importantes que les pertes en conduites.
 La corrosion;
 Les frais annuels d'entretien et de maintien d'actifs.
QUESTIONS
Question 1 : À quelle température sera réinjectée l'eau dans l'aquifère si le débit puisé est de 2 000 GPM (gallons
impériaux par minute)?
Question 2 : Quel est le budget d'investissement initial maximal possible si vous devez entrer en compétition avec un
fournisseur:
 D’électricité à 0,09$/kWh?
 De gaz à 0,40$/m3
?
Question 3 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o
C, combien de logements devront être
coupés du réseau de chaleur (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100.
Question 4 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o
C, à combien faut-il augmenter le débit
d'eau global (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100 GPM.
ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES
Mise à jour : 2021-04-17
13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 2
REPONSES
On recommande d’employer le logiciel de votre choix pour résoudre afin de pouvoir répondre aux deux dernières
questions. Ici, on emploie Interactive Heat Transfer (Thème 9.4). Page suivante.
Question 1 : À quelle température sera réinjectée l'eau dans l'aquifère si le débit puisé est de 2 000 GPM (gallons
impériaux par minute)?
La charge totale consommée est de 6000 W/logements * 6500 logements donc 39 MW.
Si les pertes sont négligeables (ce qui est une hypothèse très restrictive), le gisement géothermique doit fournir 39MW
pour combler les besoins (probablement davantage dans les faits, plus de 40 MW assurément).
Bilan d’énergie : Q = ṁ c (T − T ) = 39MW
Pour arriver à cela, il faut déterminer le débit massique à partir d’un débit volumétrique en GPM (une mesure courante
en Amérique du Nord., c’est pourquoi nous l’introduisons ici). 7,57 E-5 m3/s par GPM. Ensuite, il faut convertir un
débit volumétrique en débit massique. La densité utilisée est celle de Tin. Ici  = 964 kg/m3
.
Pour Cp, ça varie moins avec T. Cp=4207 J/kg K.
Dans l’équation précédente, seule la température Tout demeure inconnue. En isolant : Tout = 26,6o
C.
En première approximation, réaliser le problème avec une densité  = 1000 kg/m3
ne présente aucun problème, la
solution n’en est pas moins valide : Tout = 28,6o
C. C’est souvent ce qui est fait lors d’une analyse de faisabilité. Mais
avec des logiciels comme IHT (ou n’importe quel autre qui dispose de bases de propriétés, il est possible d’obtenir plus
de précision.
Après un premier calcul, on arrive à un rejet à Tout = 26,6o
C. Une pratique courante dans les années qui ont précédé
l’usage des ordinateurs, consistait à se dire que la densité de 964,9 kg/m3
n’était pas représentative de la densité le
long du circuit. Alors, les analystes recalculaient la densité à la valeur moyenne trouvée en sortie telle que Tmoy =
(90+26,6) /2. On calculait alors une densité et nouvelle température de sortie Tout. Et on recommençait autant de fois
qu’il était requis de le faire pour que la densité reste invariable et Tout aussi. En général deux itérations sont amplement
suffisantes.
On recommande toujours de commencer un problème avec des valeurs constantes des propriétés et ce même avec un
logiciel tel que IHT. (Qui est employé pour résoudre ce problème). Car s’il y a des bugs ailleurs, les interpolations dans
les tables peuvent faire diverger les itérations.
Cela permet de débugger tous les autres aspects du problème. Ensuite, on emploie les tables intégrées dans IHT
(d’autres logiciels tels EES comportent ces tables très courantes).
Dans IHT on a
// Water properties
//Table A.6 Incropera & Dewitt, Wiley
// Units: Tin(K), p(bars);
x = 0 // Quality (0=sat liquid or 1=sat vapor)
//p = psat_T("Water", Tin) // Saturation pressure, bar
//v = v_Tx("Water",Tin,x) // Specific volume, m^3/kg
rho = rho_Tx("Water",Tin,x) // Density, kg/m^3
//hfg = hfg_T("Water",Tin) // Heat of vaporization, J/kg
cp = cp_Tx("Water",Tin,x) // Specific heat, J/kg·K
On rappelle que les lignes avec // sont en commentaires car les propriétés ne concernent pas le problème. Ici, on
indique x = 0, le titre, i.e. il s’agit d’eau entièrement liquide, son titre est 0. Et on indique Tinx comme valeur pour
évaluer rho et cp. Cette température DOIT être fournie en K (pas en o
C) comme l’indique la ligne // Units. Dans un
premier temps, on a Tin,x, donc le problème est résolu avec Tin. Mais, si on indique plutôt que :
ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES
Mise à jour : 2021-04-17
13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 3
rho = rho_Tx("Water",Tmoy,x) // Density, kg/m^3
avec Tmoy = (Tin+Tout)/2
On verra que la densité moyenne de l’eau est de 983,6 kg/m3
et alors la température de sortie après convergence du
processus itératif (qui est tellement rapide que l’on ne le perçoit pas) est plutôt de 27,57 o
C. Pas de quoi appeler sa
mère. Mais lorsque les calculs sont en MW, ça peut faire une différence.
Dans la solution, on écrivait que l’effet de variation de T sur cp était moins important et en effet, un cp plus réaliste est
de 4191 J/kgK plutôt que les 4207 employé en première approximation.
Question 2 : Quel est le budget d'investissement initial maximal possible si vous devez entrer en compétition avec un
fournisseur:
• d'électricité à 0,09$/kWh?
• de gaz à 0,40$/m3?
La solution étant simple, les lignes IHT sont reproduites ici :
// Comparison with electricity
Eelei = 10000 //Annual energy consumption per dwelling.
Eele = Eelei*N //Annual energy consumption, [kWh/yr] with N = 6500 dwellings.
Costele = Eele*unit_ele //Annual cost, [$/yr]
unit_ele= 0.09 //Unit cost, [$/kWh]
Costsystemele = Costele*PRI //Cost of the system, [$] where PRI is 10 years max
Le budget annuel d’électricité est de 5,85M$CDN. Ce qui donne environ 58,5M$ pour investir dans le système. Notez
que cette analyse est élémentaire mais elle incite à y réfléchir!
// Comparison with gaz
Egaz = Eele/eta //Annual energy consumption, [kWh/yr] accounts for the consumption efficiency
eta = 0.90 //Combustion efficiency, [ - ]
EgazJ= Egaz*3.6 //Annual energy consumption, [MJ/yr]
LHV = 37.89 //Lower Heat Value, [MJ/m3]
Vgaz = EgazJ/LHV //Annual gaz consumption, [m3/yr]
Costgaz = Vgaz*unit_gaz //Annual cost, [$/yr]
unit_gaz= 0.40 //Unit cost, [$/m3]
Costsystemgaz = Costgaz*PRI //Cost of the system, [$]
Le budget annuel total de gaz est alors de 2,75M$CDN. Le coût du gaz naturel est donc faible par rapport à celui de
l’électricité dans ce problème.
Question 3 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o
C, combien de logements devront être
coupés du réseau de chaleur (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100.
C’est ici que l’emploi d’un logiciel est intéressant. Avec IHT (le fichier est disponible), vous choisissez Explore.
Vous faites varier N de 2000 à 6000 par tranches de 100 et vous cliquez OK.
Dans la table créée, vous constatez que Tout = 59,76o
C avec N = 3 100. Il
faudrait donc couper 6 500 – 3100 logements = 3 400 logements pour ne pas
réinjecter de l’eau trop froide si une contrainte est imposée à 60o
C.
Il est aussi possible de tracer un graphique (rudimentaire) pour estimer cette
valeur avec Add Graph.
ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES
Mise à jour : 2021-04-17
13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 4
Question 4 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o
C, à combien faut-il augmenter le débit
d'eau global (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100 GPM.
Encore une fois, une étude paramétrique simple peut être effectuée.
Ici, le débit volumétrique en GPM est varié de 2000 à 8000 par incréments de 100 GPM. Les données du tableau sont
reproduites ici. Avec un débit de 4200 GPM, Tout = 59,81o
C ou 60o
C. Une vérification graphique est possible pour
conforter le raisonnement.
.
Publicité

Recommandé

production de froid diapo modif pdf
production de froid diapo modif pdfproduction de froid diapo modif pdf
production de froid diapo modif pdfNurwazni Mazlan
 
POMPE A CHALEUR.pdf
POMPE A CHALEUR.pdfPOMPE A CHALEUR.pdf
POMPE A CHALEUR.pdfCheiimae
 
Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique Omar Benchiheub
 
Calcul COP et puissances évaporateur et condenseur
Calcul COP et puissances évaporateur et condenseurCalcul COP et puissances évaporateur et condenseur
Calcul COP et puissances évaporateur et condenseurNicolas JOUVE
 
Cours de thermodynamique version 2.0
Cours de thermodynamique version 2.0Cours de thermodynamique version 2.0
Cours de thermodynamique version 2.0Sahnoune Khaled
 
tp chimieDéterminer l’isotherme d’adsorption de l’acide acétique sur le charb...
tp chimieDéterminer l’isotherme d’adsorption de l’acide acétique sur le charb...tp chimieDéterminer l’isotherme d’adsorption de l’acide acétique sur le charb...
tp chimieDéterminer l’isotherme d’adsorption de l’acide acétique sur le charb...easylife13
 

Contenu connexe

Tendances

Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptx
Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptxCycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptx
Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptxCharaf16
 
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)Compte rendu n°3(pompe a chaleur)
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)Hatem Jebali
 
Présentation Audit énergétique .pptx
Présentation Audit énergétique .pptxPrésentation Audit énergétique .pptx
Présentation Audit énergétique .pptxMohamedGRINI4
 
84095912 thermodynamique
84095912 thermodynamique84095912 thermodynamique
84095912 thermodynamiqueIsmail Aboud
 
Transfer de chaleur exercice corriger
Transfer de chaleur exercice corriger Transfer de chaleur exercice corriger
Transfer de chaleur exercice corriger ChennoufHalim
 
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE RAMZI EL IDRISSI
 
Energie géothermique
Energie géothermiqueEnergie géothermique
Energie géothermiqueSarra Achoura
 
Comment fonctionne une centrale thermique ?
Comment fonctionne une centrale thermique ?Comment fonctionne une centrale thermique ?
Comment fonctionne une centrale thermique ?RAMZI EL IDRISSI
 
Examen principal + Correction ASD
Examen principal + Correction ASDExamen principal + Correction ASD
Examen principal + Correction ASDInes Ouaz
 
Exposé biomasse
Exposé biomasseExposé biomasse
Exposé biomasseamal_R
 
365263333 pompe-hydraulique
365263333 pompe-hydraulique365263333 pompe-hydraulique
365263333 pompe-hydrauliquenopec
 
Centrale thermique
Centrale thermiqueCentrale thermique
Centrale thermiqueenergya
 
Chap2 Premier principe de la thermodynamique
Chap2   Premier principe de la thermodynamiqueChap2   Premier principe de la thermodynamique
Chap2 Premier principe de la thermodynamiqueOmar Benchiheub
 
Chap 4. Equilibres chimiques
Chap 4. Equilibres chimiquesChap 4. Equilibres chimiques
Chap 4. Equilibres chimiquesOmar Benchiheub
 
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienne
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienneSimulation par CFD du sillage d’une petite éolienne
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienneInes Issaoui
 
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...Mohammed TAMALI
 

Tendances (20)

Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptx
Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptxCycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptx
Cycles combines et de cogeneration - Copy (1).pptx
 
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)Compte rendu n°3(pompe a chaleur)
Compte rendu n°3(pompe a chaleur)
 
Présentation Audit énergétique .pptx
Présentation Audit énergétique .pptxPrésentation Audit énergétique .pptx
Présentation Audit énergétique .pptx
 
Projet échangeur
Projet échangeurProjet échangeur
Projet échangeur
 
84095912 thermodynamique
84095912 thermodynamique84095912 thermodynamique
84095912 thermodynamique
 
Transfer de chaleur exercice corriger
Transfer de chaleur exercice corriger Transfer de chaleur exercice corriger
Transfer de chaleur exercice corriger
 
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE
Exercice corrigé : ETUDE D'UNE INSTALLATION SOLAIRE
 
Energie géothermique
Energie géothermiqueEnergie géothermique
Energie géothermique
 
Comment fonctionne une centrale thermique ?
Comment fonctionne une centrale thermique ?Comment fonctionne une centrale thermique ?
Comment fonctionne une centrale thermique ?
 
Examen principal + Correction ASD
Examen principal + Correction ASDExamen principal + Correction ASD
Examen principal + Correction ASD
 
Exposé biomasse
Exposé biomasseExposé biomasse
Exposé biomasse
 
Wärmepumpe
WärmepumpeWärmepumpe
Wärmepumpe
 
365263333 pompe-hydraulique
365263333 pompe-hydraulique365263333 pompe-hydraulique
365263333 pompe-hydraulique
 
Chapitre 1 intro tdc
Chapitre 1 intro tdcChapitre 1 intro tdc
Chapitre 1 intro tdc
 
Centrale thermique
Centrale thermiqueCentrale thermique
Centrale thermique
 
Chap2 Premier principe de la thermodynamique
Chap2   Premier principe de la thermodynamiqueChap2   Premier principe de la thermodynamique
Chap2 Premier principe de la thermodynamique
 
La convection
La convectionLa convection
La convection
 
Chap 4. Equilibres chimiques
Chap 4. Equilibres chimiquesChap 4. Equilibres chimiques
Chap 4. Equilibres chimiques
 
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienne
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienneSimulation par CFD du sillage d’une petite éolienne
Simulation par CFD du sillage d’une petite éolienne
 
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...
TPs-TDs : Travaux Pratiques & Dérigés (version 2014-2017) Génie Electrique/Ex...
 

Similaire à 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.pdf

13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdfbouafia ahmed
 
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdfbouafia ahmed
 
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdfbouafia ahmed
 
Exercices d application_transfert_thermique-2
Exercices d application_transfert_thermique-2Exercices d application_transfert_thermique-2
Exercices d application_transfert_thermique-2mohamedbenafghoul
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdfbouafia ahmed
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdfbouafia ahmed
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdfbouafia ahmed
 
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...Pôle Réseaux de Chaleur - Cerema
 
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...Cegibat
 
Projet building-energetics
Projet building-energeticsProjet building-energetics
Projet building-energeticsYoussefKitane
 
Chap3 traitement de-l_air
Chap3 traitement de-l_airChap3 traitement de-l_air
Chap3 traitement de-l_airFallou Diouf
 
Efficacité énergétique : Les promesses du numérique
Efficacité énergétique : Les promesses du numériqueEfficacité énergétique : Les promesses du numérique
Efficacité énergétique : Les promesses du numériqueLa Fabrique de l'industrie
 
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdfmohnina22
 
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le sec
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le secEcoconception Groupe Scolaire Noisy le sec
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le secLaura CAENEN
 
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement LETUDIANT1
 

Similaire à 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.pdf (20)

13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
 
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
 
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
13.3.a Exercice géothermie_basse énergie.pdf
 
Exercices d application_transfert_thermique-2
Exercices d application_transfert_thermique-2Exercices d application_transfert_thermique-2
Exercices d application_transfert_thermique-2
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
 
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
13.5.a Exercice géothermie_Haute énergie.pdf
 
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...
Etude économique, environnementale et sociale pour faisabilité d'un réseau de...
 
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...
Etude de cas : Déterminer la puissance d'une chaudière d'un bâtiment de 42 lo...
 
Projet building-energetics
Projet building-energeticsProjet building-energetics
Projet building-energetics
 
Chap3 traitement de-l_air
Chap3 traitement de-l_airChap3 traitement de-l_air
Chap3 traitement de-l_air
 
Efficacité énergétique : Les promesses du numérique
Efficacité énergétique : Les promesses du numériqueEfficacité énergétique : Les promesses du numérique
Efficacité énergétique : Les promesses du numérique
 
Atelier pratique chauffage
Atelier pratique chauffageAtelier pratique chauffage
Atelier pratique chauffage
 
Atelier pratique chauffage
Atelier pratique chauffageAtelier pratique chauffage
Atelier pratique chauffage
 
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf
543051678-88500838-Rendement-de-La-Chaudiere.pdf
 
Techniques d'optimisation des réseaux de chaleur
Techniques d'optimisation des réseaux de chaleurTechniques d'optimisation des réseaux de chaleur
Techniques d'optimisation des réseaux de chaleur
 
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le sec
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le secEcoconception Groupe Scolaire Noisy le sec
Ecoconception Groupe Scolaire Noisy le sec
 
Coût et aides publiques pour les réseaux de chaleur
Coût et aides publiques pour les réseaux de chaleurCoût et aides publiques pour les réseaux de chaleur
Coût et aides publiques pour les réseaux de chaleur
 
8
88
8
 
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement
Bac 2022 Correction 2I2D-Energie et Environnement
 

Plus de bouafia ahmed (20)

3253924_2.ppt
3253924_2.ppt3253924_2.ppt
3253924_2.ppt
 
3253924.ppt
3253924.ppt3253924.ppt
3253924.ppt
 
90392.ppt
90392.ppt90392.ppt
90392.ppt
 
1193770.ppt
1193770.ppt1193770.ppt
1193770.ppt
 
13749324.ppt
13749324.ppt13749324.ppt
13749324.ppt
 
1369319.ppt
1369319.ppt1369319.ppt
1369319.ppt
 
5393245.ppt
5393245.ppt5393245.ppt
5393245.ppt
 
50-2_fr.pdf
50-2_fr.pdf50-2_fr.pdf
50-2_fr.pdf
 
92-4_fr.pdf
92-4_fr.pdf92-4_fr.pdf
92-4_fr.pdf
 
80-1a_fr.pdf
80-1a_fr.pdf80-1a_fr.pdf
80-1a_fr.pdf
 
96-1a_fr_0.pdf
96-1a_fr_0.pdf96-1a_fr_0.pdf
96-1a_fr_0.pdf
 
55-1_fr.pdf
55-1_fr.pdf55-1_fr.pdf
55-1_fr.pdf
 
92-1_fr.pdf
92-1_fr.pdf92-1_fr.pdf
92-1_fr.pdf
 
90-4_fr.pdf
90-4_fr.pdf90-4_fr.pdf
90-4_fr.pdf
 
90-1_fr.pdf
90-1_fr.pdf90-1_fr.pdf
90-1_fr.pdf
 
80-1b_fr.pdf
80-1b_fr.pdf80-1b_fr.pdf
80-1b_fr.pdf
 
90-3_fr.pdf
90-3_fr.pdf90-3_fr.pdf
90-3_fr.pdf
 
50-1_fr.pdf
50-1_fr.pdf50-1_fr.pdf
50-1_fr.pdf
 
90-2_fr.pdf
90-2_fr.pdf90-2_fr.pdf
90-2_fr.pdf
 
50-3_fr.pdf
50-3_fr.pdf50-3_fr.pdf
50-3_fr.pdf
 

13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.pdf

  • 1. ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES Mise à jour : 2021-04-17 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 1 13.4 EXERCICES DE GÉOTHERMIE MOYENNE ÉNERGIE Exercice 13.4.a Votre entreprise obtient le droit d’exploiter un aquifère dont la température fait en sorte que vous disposez d’eau liquide à 90o C à pression atmosphérique. Votre patron désire alimenter en eau chaude un quartier comprenant 6 500 logements qui consomment chacun 6 kW en puissance de chauffage incluant les besoins d’ECS. La consommation annuelle en énergie s’élève à 10 000 kWh. Votre patron exige une PRI de 10 ans ou mieux. Note: vous négligez, en première approximation:  Les efficacités des échanges thermiques; o Les principales pertes  Les variations de propriétés de l'eau; o Densité, chaleur spécifique, etc  Le fait que tous les clients ne sont pas identiques; o Ils ne consommeront pas la même quantité d’énergie  Le fait que la température d'entrée chez les clients pourrait varier sur le circuit.  Les pertes thermiques; o Dans la distribution, supplémentaires à celles des échangeurs.  La consommation des pompes (pertes de charge); o Beaucoup plus importantes que les pertes en conduites.  La corrosion;  Les frais annuels d'entretien et de maintien d'actifs. QUESTIONS Question 1 : À quelle température sera réinjectée l'eau dans l'aquifère si le débit puisé est de 2 000 GPM (gallons impériaux par minute)? Question 2 : Quel est le budget d'investissement initial maximal possible si vous devez entrer en compétition avec un fournisseur:  D’électricité à 0,09$/kWh?  De gaz à 0,40$/m3 ? Question 3 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o C, combien de logements devront être coupés du réseau de chaleur (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100. Question 4 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o C, à combien faut-il augmenter le débit d'eau global (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100 GPM.
  • 2. ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES Mise à jour : 2021-04-17 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 2 REPONSES On recommande d’employer le logiciel de votre choix pour résoudre afin de pouvoir répondre aux deux dernières questions. Ici, on emploie Interactive Heat Transfer (Thème 9.4). Page suivante. Question 1 : À quelle température sera réinjectée l'eau dans l'aquifère si le débit puisé est de 2 000 GPM (gallons impériaux par minute)? La charge totale consommée est de 6000 W/logements * 6500 logements donc 39 MW. Si les pertes sont négligeables (ce qui est une hypothèse très restrictive), le gisement géothermique doit fournir 39MW pour combler les besoins (probablement davantage dans les faits, plus de 40 MW assurément). Bilan d’énergie : Q = ṁ c (T − T ) = 39MW Pour arriver à cela, il faut déterminer le débit massique à partir d’un débit volumétrique en GPM (une mesure courante en Amérique du Nord., c’est pourquoi nous l’introduisons ici). 7,57 E-5 m3/s par GPM. Ensuite, il faut convertir un débit volumétrique en débit massique. La densité utilisée est celle de Tin. Ici  = 964 kg/m3 . Pour Cp, ça varie moins avec T. Cp=4207 J/kg K. Dans l’équation précédente, seule la température Tout demeure inconnue. En isolant : Tout = 26,6o C. En première approximation, réaliser le problème avec une densité  = 1000 kg/m3 ne présente aucun problème, la solution n’en est pas moins valide : Tout = 28,6o C. C’est souvent ce qui est fait lors d’une analyse de faisabilité. Mais avec des logiciels comme IHT (ou n’importe quel autre qui dispose de bases de propriétés, il est possible d’obtenir plus de précision. Après un premier calcul, on arrive à un rejet à Tout = 26,6o C. Une pratique courante dans les années qui ont précédé l’usage des ordinateurs, consistait à se dire que la densité de 964,9 kg/m3 n’était pas représentative de la densité le long du circuit. Alors, les analystes recalculaient la densité à la valeur moyenne trouvée en sortie telle que Tmoy = (90+26,6) /2. On calculait alors une densité et nouvelle température de sortie Tout. Et on recommençait autant de fois qu’il était requis de le faire pour que la densité reste invariable et Tout aussi. En général deux itérations sont amplement suffisantes. On recommande toujours de commencer un problème avec des valeurs constantes des propriétés et ce même avec un logiciel tel que IHT. (Qui est employé pour résoudre ce problème). Car s’il y a des bugs ailleurs, les interpolations dans les tables peuvent faire diverger les itérations. Cela permet de débugger tous les autres aspects du problème. Ensuite, on emploie les tables intégrées dans IHT (d’autres logiciels tels EES comportent ces tables très courantes). Dans IHT on a // Water properties //Table A.6 Incropera & Dewitt, Wiley // Units: Tin(K), p(bars); x = 0 // Quality (0=sat liquid or 1=sat vapor) //p = psat_T("Water", Tin) // Saturation pressure, bar //v = v_Tx("Water",Tin,x) // Specific volume, m^3/kg rho = rho_Tx("Water",Tin,x) // Density, kg/m^3 //hfg = hfg_T("Water",Tin) // Heat of vaporization, J/kg cp = cp_Tx("Water",Tin,x) // Specific heat, J/kg·K On rappelle que les lignes avec // sont en commentaires car les propriétés ne concernent pas le problème. Ici, on indique x = 0, le titre, i.e. il s’agit d’eau entièrement liquide, son titre est 0. Et on indique Tinx comme valeur pour évaluer rho et cp. Cette température DOIT être fournie en K (pas en o C) comme l’indique la ligne // Units. Dans un premier temps, on a Tin,x, donc le problème est résolu avec Tin. Mais, si on indique plutôt que :
  • 3. ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES Mise à jour : 2021-04-17 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 3 rho = rho_Tx("Water",Tmoy,x) // Density, kg/m^3 avec Tmoy = (Tin+Tout)/2 On verra que la densité moyenne de l’eau est de 983,6 kg/m3 et alors la température de sortie après convergence du processus itératif (qui est tellement rapide que l’on ne le perçoit pas) est plutôt de 27,57 o C. Pas de quoi appeler sa mère. Mais lorsque les calculs sont en MW, ça peut faire une différence. Dans la solution, on écrivait que l’effet de variation de T sur cp était moins important et en effet, un cp plus réaliste est de 4191 J/kgK plutôt que les 4207 employé en première approximation. Question 2 : Quel est le budget d'investissement initial maximal possible si vous devez entrer en compétition avec un fournisseur: • d'électricité à 0,09$/kWh? • de gaz à 0,40$/m3? La solution étant simple, les lignes IHT sont reproduites ici : // Comparison with electricity Eelei = 10000 //Annual energy consumption per dwelling. Eele = Eelei*N //Annual energy consumption, [kWh/yr] with N = 6500 dwellings. Costele = Eele*unit_ele //Annual cost, [$/yr] unit_ele= 0.09 //Unit cost, [$/kWh] Costsystemele = Costele*PRI //Cost of the system, [$] where PRI is 10 years max Le budget annuel d’électricité est de 5,85M$CDN. Ce qui donne environ 58,5M$ pour investir dans le système. Notez que cette analyse est élémentaire mais elle incite à y réfléchir! // Comparison with gaz Egaz = Eele/eta //Annual energy consumption, [kWh/yr] accounts for the consumption efficiency eta = 0.90 //Combustion efficiency, [ - ] EgazJ= Egaz*3.6 //Annual energy consumption, [MJ/yr] LHV = 37.89 //Lower Heat Value, [MJ/m3] Vgaz = EgazJ/LHV //Annual gaz consumption, [m3/yr] Costgaz = Vgaz*unit_gaz //Annual cost, [$/yr] unit_gaz= 0.40 //Unit cost, [$/m3] Costsystemgaz = Costgaz*PRI //Cost of the system, [$] Le budget annuel total de gaz est alors de 2,75M$CDN. Le coût du gaz naturel est donc faible par rapport à celui de l’électricité dans ce problème. Question 3 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o C, combien de logements devront être coupés du réseau de chaleur (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100. C’est ici que l’emploi d’un logiciel est intéressant. Avec IHT (le fichier est disponible), vous choisissez Explore. Vous faites varier N de 2000 à 6000 par tranches de 100 et vous cliquez OK. Dans la table créée, vous constatez que Tout = 59,76o C avec N = 3 100. Il faudrait donc couper 6 500 – 3100 logements = 3 400 logements pour ne pas réinjecter de l’eau trop froide si une contrainte est imposée à 60o C. Il est aussi possible de tracer un graphique (rudimentaire) pour estimer cette valeur avec Add Graph.
  • 4. ENR – ÉNERGIE et ÉNERGIES RENOUVELABLES Mise à jour : 2021-04-17 13.4.a Exercice géothermie_moyenne énergie.docx 4 Question 4 : Si vous désirez une température de réinjection minimale de 60o C, à combien faut-il augmenter le débit d'eau global (toutes les autres données sont inchangées)? Utilisez un multiple de 100 GPM. Encore une fois, une étude paramétrique simple peut être effectuée. Ici, le débit volumétrique en GPM est varié de 2000 à 8000 par incréments de 100 GPM. Les données du tableau sont reproduites ici. Avec un débit de 4200 GPM, Tout = 59,81o C ou 60o C. Une vérification graphique est possible pour conforter le raisonnement. .