Design, optimization and control by condensation pressure manipulation of an ORC based waste heat recovery system in heavy-duty trucks

Conception, optimisation et contrôle par la manipulation de la pression de condensation de systèmes de récupération de chaleur résiduelle à base d’ORC dans les poids lourds long-courriers De nos jours, les problématiques environnementales ont un impact primordial sur notre société. L'intérêt croissant pour le réchauffement climatique et la pollution conduisent à approfondir les recherches sur les économies d'énergie, les énergies renouvelables, l'amélioration de l'efficacité des procédés. L'Union Européenne a établi une nouvelle législation sur les émissions des poids lourds long-courriers, fixant la réduction attendue pour 2025 à 15% par rapport à la référence de 2019. Ce nouvel objectif ambitieux a poussé les constructeurs à accélérer la mise en œuvre de nouvelles solutions qui peuvent réduire les émissions de CO2 directement, en utilisant un carburant qui réduit les émissions, en réduisant la consommation de carburant. Quant au domaine des camions, le processus est plus lent, mais les villes utilisent déjà des camions à ordures électriques et des camions légers pour les livraisons urbaines. D'autres propositions, qui pourraient contribuer à la réduction de la consommation de carburant et, en d'autres termes, à l'augmentation de l'efficacité thermique (Break Thermal Efficiency, BTE), sont liées à la combustion (surface isolée des pistons, température du liquide de refroidissement plus élevée) et au système de carburant (injecteurs à haut débit ). De la même manière, et c'est ce qui nous intéresse dans cette thèse, la récupération de l'énergie résiduelle est généralement considérée parmi les technologies susceptibles de contribuer au respect des nouvelles limites d'émission de CO2. Les fabricants estiment que la récupération de la chaleur résiduelle des gaz d'échappement et du fluide de refroidissement peut permettre d'atteindre une économie de carburant de 4 à 5\%. La technologie consiste en un système de cycle organique de Rankine, qui récupère la chaleur perdue d'une source de chaleur spécifique (dans la plupart des cas, le flux de gaz d'échappement) et la transfère à un fluide de travail mis sous pression par une pompe; puis le fluide transfère une partie de la chaleur résiduelle à un fluide à basse température dans le condenseur. Le fluide de travail s'évapore dans l'échangeur de chaleur et est donc détendu dans une machine de détente (un détendeur à déplacement positif ou une turbine), qui convertit la différence d'enthalpie en puissance mécanique ou électrique (dans le dernier cas une machine électrique est intégrée dans la machine de détente). L'exploration de cette technologie était, au départ, basée sur la fourniture et les essais des composants; ensuite, les principaux sujets de recherche et développement ont évolué vers le contrôle, l'optimisation du système et l'intégration du système dans le véhicule. De plus, la taille et le poids du système sont également considérés comme extrêmement importants dans la conception, car ils peuvent avoir un impact négatif sur la consommation de carburant du véhicule, malgré la récupération de l'énergie perdue. Il est donc nécessaire d'estimer les performances de ce système dans un environnement réel de véhicule, en tenant en compte des interactions du système avec les autres sous-systèmes. Pour cette raison, la modélisation du système Rankine, ainsi que la modélisation des conditions environnementales et des principaux sous-systèmes du véhicule est extrêmement importante. Dans la plupart des cas, la définition de l'architecture Rankine (architecture et taille des composants) est nécessaire afin de prendre en compte les avantages et / ou les inconvénients que l'on ne rencontre pas avec d'autres architectures.