Entropie : thermodynamique – énergie – environnement – économie

Entropie - ISSN 2634-1476 - © ISTE Ltd

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Le cycle dit “ Pompe à vapeur d’eau“ se définit par le recyclage sélectif de la vapeur d’eau véhiculée par les produits de combustion en sortie de machine thermique par échange de masse et de chaleur entre les produits de combustion sortant et l’air atmosphérique entrant. Avec le combustible hydrogène, cette forme de combustion humide, est susceptible de très fortes performances énergétiques et écologiques. Dans ce contexte, nous présentons ici le Diagramme Hygrométrique de Combustion (DHC) de l’hydrogène et appliquons cet outil pour anticiper les performances énergétiques de ce nouveau combustible dont le PCS dépasse de 18% son PCI. Ces anticipations concernent aussi le cas des turbines à gaz en cas de combustion humide qui, par ailleurs sont, a priori, fortement consommatrice d’eau additionnelle. La formation de panache d’eau atmosphérique, le « coût » de son élimination, la possible pollution résiduelle due aux NOx sont également présentés, cela concernant l’utilisation du combustible hydrogène dans toutes les machines thermiques à combustion, y compris dans les piles à combustibles. Toutes applications confondues et dans un contexte de cogénération, la combustion humide dont le cycle dit « pompe à vapeur d’eau » fait partie, augmente la température de rosée des produits de combustion d’environ 10°C et favorise une récupération exploitable d’énergie approchant 100% du pouvoir calorifique supérieur du combustible (100% du PCS). Ce qui est important à souligner avec le combustible hydrogène.

Le développement exponentiel des usages du numérique impose des évolutions en génie des procédés de transformation de la matière et de l’énergie en termes de formations, mais également en inventions d’origines variées pour le renouveau de la discipline soumise à des contraintes environnementales fortes. Cette situation de quasi-rupture doit se traduire par une meilleure créativité avant d’arriver à des innovations de rupture ou incrémentales. Pour atteindre cet objectif, il est parfois profitable de rapprocher deux domaines normalement disjoints pour faire émerger des idées suffisamment robustes pour devenir appliquées. Cet article traite de cette méthode en s’appuyant sur le biomimétisme. Tirer profit des ingéniosités de la nature peut-elle favoriser l’émergence d’inventions anthropocentrées et d’ainsi accélérer l’innovation dans le domaine du génie des procédés ? C’’est le questionnement des auteurs illustrant dans leur quête les opportunités d’une telle démarche de rapprochement avec ses avantages, mais également les limites actuelles de ce dernier.

En examinant les programmes d’études de nombre d’écoles d’ingénieurs françaises, leurs visions globales se traduisent par des catégories éducationnelles orientées vers des apprentissages théoriques, rationnels et déterministes généralistes et orientés vers les cibles applicatives principales. Les liens avec les milieux industriels se développent pour une part importante par le biais de stages qui élargissent la vision un peu fermée que leur procure leur Ecole. Cette situation est issue de l’histoire avec le besoin de la maîtrise des modèles mathématiques pour concevoir des structures, des armes, des ponts, des usines, des procédés de transformation de la matière et de l’énergie, etc. Ce que l’on observe, c’est la diminution des ères technologiques depuis le charbon, l’électricité, l’électronique avec un environnement de plus en plus contraint et des demandes de dispositifs de plus en plus sophistiqués, à durée de vie de plus en plus courte, dans un contexte social changeant. La question posée dans cette réflexion est d’analyser si l’impact des tendances lourdes rapidement évoquées est susceptibles de remettre en cause, au moins en partie, les fondamentaux des formations actuelles. Ce que nous montrons, c’est l’importance des concepts de rigueur qui doivent toutefois s’élargir par différentes voies à d’autres domaines en favorisant la créativité, l’imagination, l’agilité pour rapprocher le travail de l’ingénieur de la demande sociale de nouveaux besoins. Pour l’instant, il s’agit pour les auteurs d’une démarche flexible/adaptative qui doit favoriser les modes de création de la part des étudiants, la maîtrise du doute, l’interdisciplinarité et la gestion de la complexité dans le développement des procédés industriels.

L’analyse de processus très irréguliers s’appuie souvent sur la recherche d’une tendance, courbe moyenne représentant l’allure générale du phénomène observé. Si l’être humain est plus ou moins capable de tracer une telle courbe à main levée, de façon intuitive, sa détermination objective est très délicate. La méthode des moyennes mobiles étant l’une des plus utilisées dans la recherche de tendances, on se propose ici d’étudier quelques propriétés de ces moyennes mobiles (essentiellement moyenne et variance). On montre alors qu’elles peuvent servir de support à la détection de fenêtres d’observation caractéristiques, conduisant à des tendances structurelles du signal analysé. La notion de tau-moyenne (tendance obtenue par une moyenne mobile à fenêtre variable) est également réexaminée. Enfin, en annexe, on présente le détail de la procédure de calcul.

The energy crisis, global warming, and rising energy consumption have positioned renewable energy as a priority from national and international planning perspectives. Not only to reach the goals of the renewable energy mix, but also as part of overall energy security strategy. Rising energy prices and supply concerns have made the need for energy changes tangible for society and have increased public awareness of renewable energy. To achieve its renewable energy targets, Ireland has placed a focus on the development of offshore wind energy projects, due to its massive potential in the region. Other regions have already commenced the deployment of large-scale offshore wind farms and the technology is now competitive with fossil fuels. This work presents a comparison of Geographic Information System (GIS) applications and Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) methods applied in the process of multicriteria site selection for Floating Offshore Wind Farms (FOWF) and highlights current trends in FOWF site selection and characterisation. This work is an objective review of the methodologies applied by researchers and a discussion of their adequacy to find the answer to the research questions posed by industry. Furthermore, it outlines the limitations of the methods and comments on the chosen criteria in the context of reaching the researches objectives. It also highlights the suitability of the industry standards methods and best practices. Finally, the work attempts to map the next steps that shall be taken to improve the methodology for criteria selection.

La croissance exponentielle du nombre d’articles publiés annuellement dans le domaine des applications d’apprentissage automatique dans les systèmes énergétiques représente un défi pour les chercheurs cherchant à mener des revues de littérature exhaustives et efficaces. Pour répondre à cette problématique, nous avons adopté une approche systématique de revue de littérature avec trois études de cas distinctes se concentrant sur l’application de l’apprentissage automatique dans les systèmes énergétiques, à savoir : 1. L’apprentissage automatique dans le forage, 2. L’apprentissage automatique pour la quantification du potentiel énergétique solaire des toits, et 3. L’apprentissage automatique dans le chauffage urbain et le refroidissement dans le contexte du stockage saisonnier de l’énergie thermique. Dans chaque cas, nous avons utilisé une méthodologie de revue de littérature systématique. Pour le premier sujet, nous avons utilisé une revue complète existante pour générer de nouvelles perspectives et des informations supplémentaires. Pour les sujets deux et trois, nous avons utilisé des critères de recherche prédéfinis pour mener des publications pertinentes de manière systématique et reproductible. Nous étudions l’état de l’art de l’utilisation de l’apprentissage automatique dans ces domaines d’investigation distincts, facilitant ainsi l’identification des lacunes en recherche. En fin de compte, nous comparons les approches et les modèles utilisés dans chaque domaine, identifions les bonnes pratiques communes et proposons des méthodes pour relever les défis potentiels.

Adiabatic compressed air energy storage (A-CAES) is a promising storage technology to face the challenges of high shares of renewable energies in an energy system by storing electric energy for periods of several hours up to weeks. In order to reduce the investment costs and increase the flexibility of the storage system, the so called KompEx LTA-CAES® was developed by Fraunhofer UMSICHT. This new A-CAES concept is using a combination of reversibly operable turbo- and piston machines (KompEx machines). Doing so, these modules can achieve wide CAS pressure ranges (corresponding to high exergy densities) and thus can be combined with any compressed air storage volume. To realize efficient and stable operation despite a wide pressure range, a suitable control strategy of both KompEx machines is required. This paper investigates the introduced A-CAES system by a dynamic simulation, focusing on the interaction and synergy between the reversibly operable turbo- and piston machines. Results indicate that the roundtrip efficiency of this system is expected to be at the low end (55,5%) of literature values for A-CAES (52–66% for low-temperature A-CAES), which is relatively high compared to published A-CAES systems considering similar pressure ranges.

High-temperature heat pump (HTHP) is a promising technology for decarbonization of process heating through electrification and energy efficiency. Exploiting the potentials requires a simultaneous optimization of the cycle layout and the working fluid. This paper proposes an efficient cascade HTHP and optimizes its thermodynamic performance. Using steam for high-temperature loop and use of alternative hydrocarbons for low-temperature loop are examined. On the application level, district heating is considered as a heat source and evaluated for different supply temperatures, including 80 °C, 70 °C and 40 °C. The results reveal that pentane with highest critical temperature among the suggested hydrocarbons, shows the best energy performance to be paired with steam in the proposed cascade HTHP system. However, concerning the hydrocarbon compressor volumetric heating capacity (VHC) and safety issues, butane is an excellent candidate. In addition, when the heat available in the main transmission lines of district heating unit is considered as the source cooled from 80 °C down 70 °C, the highest value of coefficient of performance (COP) is achieved as 2.74 for the sink condensation temperature of 160 °C.