Modélisation, Analyse Thermo-Economique et Optimisation du Procédé de Dessalement d'Eau de Mer par Evaporation à Effet Multiple Combiné avec les Technologies d'Energie Renouvelables

The aim of this thesis is to evaluate the potential of the multiple-effect desalination process coupled with renewable energy technologies to ensure the availability fresh water with at low-cost and low environmental impact as well as to seek different ways and possibilities to make this process more competitive from an economic, technical and environmental point of view. This study is mainly based on modeling, thermal, exergy and thermo-economic analysis, optimization and comparison of the different possibilities and coupling of desalination and renewable energytechnologies. Thus, firstly, a pilot scale four-effect case study is performed using thermal modeling and analysis and based on energy and matter conservation laws and heat transfer equations and correlations. This preliminary study is carried out to determine the degree of influence of the operating and design parameters on the unit performance. Then, it is extended to find the optimal configuration of the multiple effect evaporation units for different production capacities and taking into consideration the impact of the number of effects on the unit performance. The main objective function is the unit cost of freshwater production. Then, a detailed comparison of different solar thermal power generation technologies and systems is made to determine the best choice between them to be coupled with the multiple effect evaporation process. Finally, the analysis and optimization studies take into consideration the coupling of the multiple effect process and the mechanical vapor compression process driven by renewable energy. The results of this proposal shows that this new coupling could offer a very promising prospect in terms of production cost and also in terms of environmental protectionL’objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel du procédé de dessalement par effet multiple couplé aux technologies d’énergie renouvelable à assurer la disponibilité d’eau douce à faible coût et à faible effet sur l’environnement et aussi de chercher les différents moyens et possibilité pour rendre ce procédé plus compétitif au point de vue économique, technique et environnemental. Cette étude se base principalement sur la modélisation, l’analyse thermique, exergétique et thermoéconomique, l’optimisation et comparaison des différentes possibilités et couplages des techniques. Premièrement, une étude de cas d’unité à quatre effets à l’échelle pilote est réalisée enutilisant la modélisation et analyse thermique et en se basant sur les lois de conservation d’énergie et de matière et des équations et corrélations de transfert thermique. Cette étude a permis de déterminer le degré d’influence des paramètres opératoires et de design sur les performances de l’unité. Ensuite, une extension de l’étude précédente a été faite dans le but de trouver la configuration optimale de l’unité d’évaporation à effet multiple pour différentes capacités de production et en tenant par considération l’impact du nombre d’effets sur les performances de l’unité. Dans cette étude la fonction objective retenue est le coût unitaire de production d’eau douce. Puis, une comparaison détaillée des différentes technologies et systèmes de production d’énergie solaire thermique est faite pour déterminer le meilleur choix entre eux pour être couplé avec le procédé d’évaporation à effet multiple. Finalement, c’est dans l’optique de recherche des améliorations possibles qu’il a été proposé de réaliser une étude supplémentaire du potentiel que peut offrir le couplage du procédé à effet multiple et la compression mécanique de vapeur. Les résultats d’étude de cette proposition offre une perspective prometteuse en terme de coût de production et aussi en terme de protection d’environnement