Technical and economic optimization of an organic Rankine cycle : application to a geothermal source and taking into account of the variability of the cold sink

Les cycles organiques de Rankine (ORC), équipant des centrales de production électrique géothermiques, représentent une alternative aux centrales conventionnelles et sont en plein essor du fait, entre autres, de leur faible impact sur le réchauffement climatique. Leur développement s'accompagne d'un déploiement de cette technologie sur des sites d'exploitation de plus en plus complexes, notamment munis de sources chaudes de températures relativement faibles. Ces particularités s'accompagnent de difficultés d'ingénierie croissantes pour obtenir une réelle rentabilité économique. Partant de ce constat, nous avons réalisé un modèle de dimensionnement de centrale ORC, tenant compte de données physiques liées au site (température et débit de la source chaude, données météorologiques de la source froide) et économiques (prix des équipements en fonction de leur taille, plan de marché incluant le coût de production et le coût spécifique). Par le développement des concepts d'exergendobare et de pseudocricondenpolytropique, l'étude donne également à l'ingénieur en procédés des repères concrets parmi la multitude de possibilités de cycles qu'il peut dimensionner. Le modèle permet de confirmer l'importance capitale de la température de la source froide et de sa variabilité dans le dimensionnement de centrale ORC. Des études paramétriques de ce modèle ont également démontré que les objectifs de coût de production et de coût spécifique ne pouvaient être satisfaits simultanément, mais l'exploitation des résultats donne des clefs aux donneurs d'ordre de projet afin d'effectuer le meilleur choix technico-économique possible.Geothermal power production plants equipped with Organic Rankine Cycles (ORC) represent an alternative to conventional power stations and are in full expansion especially thanks to their low impact on global warming. Their development is accompanied by a deployment of this technology on increasingly complex operating sites, including relatively low temperature heat sources. From an engineering point of view, these features make it particularly difficult to achieve a real economic profitability. With this in mind, we developed an ORC plant sizing model, which takes into account physical data related to the site (temperature and flow of the hot source, meteorological data of the cold source) and economic data (price of equipment according to their size, business plan including the cost of production and the specific cost). By applying of exergendobar and pseudocricondenpolytropic new concepts, the study also gives the process engineer concrete benchmarks among the multitude of cycle design possibilities. This sizing model helps to confirm the importance of cold sink temperature and its variability in ORC plant design. Parametric studies of the model demonstrate that the objectives of production cost and specific cost could not be simultaneously satisfied, but the analysis of results aims to help project decision-makers make the best possible technical-economic decision