Énergétique industrielle

Le CES développe des travaux de recherche dans le domaine de l’hyper-efficacité énergétique, le symbiotisme énergétique, la sobriété énergétique et la sobriété matière. Les équipes de recherche ont développé ou développent des technologies qui modifient radicalement l’efficacité énergétique d’un procédé, d’un service ou de l’usage d’un produit. Les enjeux visent à diminuer les consommations spécifiques d’énergie par des facteurs qui varient de 20 à 80 %.

L’hyper-efficacité énergétique comporte à la fois une méthodologie générale et des outils de calcul et d’optimisation associés, ainsi que le développement de technologies génériques qui doivent cependant être adaptées à chaque domaine d’application. Les secteurs d’activité visés sont essentiellement les procédés industriels et le bâtiment, mais des retombées et des développements sont directement utilisables dans les secteurs du transport et de l’agriculture. Le CES développe pour permettre la réalisation de l'usine sobre des travaux dans les domaines suivants :

Le CES développe une plateforme d’optimisation énergétique avec le méta-langage Modelica. Ces travaux s’intègrent dans le consortium CERES-2 soutenu par l’ANR. Ils ont déjà permis la mise en place d’un outil d’intégration thermique permettant la création de réseaux d’échangeurs de chaleur (cf. figure ci dessous). Les premiers procédés qui seront étudiés sont ceux de la production du papier, les procédés agro-alimentaires et un procédé sidérurgique.

Intégration énergétique, courbes composites

La valorisation de la chaleur résiduelle dans les procédés industriels joue un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique globale. Lorsqu’il n’est pas possible d'utiliser la chaleur résiduelle dans le procédé ou lorsque la chaleur des effluents à haute température a déjà été intégrée à l'intérieur du procédé, la conversion de la chaleur résiduelle (chaleur à basse température <120 °C) en électricité doit être envisagée. Les deux grandes technologies en rupture qui font l’objet de R&D et de démonstration pour l’hyper-efficacité énergétique et ouvrent des développements dans différents secteurs d’application sont les pompes à chaleur (PAC) sur effluents liquides et les cycles organiques de Rankine (ORC) sur effluents gazeux. Les rejets perdus sur liquide et sur gaz, mais aussi sur les solides, constituent des gisements considérables d’énergie à valoriser.

Des travaux originaux sont menés dans le domaines de l'optimisation des fours industriels. Ces travaux concernent la conception avancée de ces fours ainsi que leur pilotage. De nombreuses collaborations entre le CES et de grands industriels témoignent du haut niveau scientifique de ces travaux. La figure ci-dessous montre une vue d'un modèle dynamique d'un four de traitement de brames d'acier. Le modèle utilise un solveur radiatif sur carte graphique permettant un gain de temps de calcul d'un facteur de 10 000 par rapport aux approches classiques.

Calcul rapide sur carte graphique des tranferts radiatifs

L'une des points fort du CES est sa capacité à réaliser des preuves de concept dans ses laboratoires. La figure ci dessous montre un pilote réalisé par les équipes du CES. Les travaux sont réalisés par les groupes de recherche et les équipes de la plateforme technologique.

Pilote d'un système ORC.
Mots-clés

Pompe à chaleur, Machine à absorption, Echangeurs, Cycle de Rankine organique, intégration thermique, méthode du pincement, audit énergétique, fours industriels, simulation du séchage, modélisation, brûleurs, garnissages, tranfert de masse,adsorption, énergie, échangeurs de chaleur, turbine, compresseur.

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Efficacité énergétique et décarbonation des procédés industriels - MINES ParisTech
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