Environnement & énergie

Modélisation et CFD pour le secteur de l’énergie et de l’environnement

Les fluides sont omniprésents pour la production d’énergie : comme fluide caloporteur dans des chaudières pour les centrales thermiques ou nucléaires, comme source d’énergie hydraulique convertie en électricité par les barrages et les hydroliennes, ou même pour le stockage de l’électricité dans les piles à combustible. Il est donc naturel pour la CFD de trouver une place de choix au sein de cet écosystème.

Les enjeux environnementaux représentent une préoccupation croissante pour les industriels. Que ce soit dans une démarche d’écoconception, d’efficacité énergétique, d’évaluation de risque technologique, mais aussi pour la gestion des eaux usées ou l’optimisation de moyens de production d’énergies renouvelables, de nombreux leviers sont possibles par la Mécanique des Fluides numérique.

OptiFluides a ainsi mené de nombreux projets dans ce secteur, développé des compétences de pointe pour disposer maintenant d’un savoir-faire reconnu.

Voici quelques exemples des principales applications de la simulation CFD pour secteur de l’énergie et de l’environnement.

Parcs éoliens

• Performance des éoliennes : La simulation CFD permet de modéliser les flux d’air dans des environnements complexes, notamment pour les parcs éoliens. Les applications sont multiples, de la quantification des risques en phase de stockage, de transport, d’installation ou d’arrêt à la caractérisation des interférences entre éoliennes, telles que l’effet de galop.
• Amélioration de la conception des pales : L’optimisation de la conception des pales est une autre application, ainsi que la simulation des instabilités aéroélastiques générées par la turbulence atmosphérique, tant pour augmenter la production d’énergie éolienne que pour estimer la durée de vie de ces composants.
• Étude des effets topographiques : La simulation permet d’analyser l’impact de la topographie du terrain, comme les collines, les montagnes ou même la couverture végétale, sur le profil de vent incident et donc sur la performance des éoliennes.

Centrales électriques

• Optimisation pour les barrages hydroélectriques : Afin d’optimiser la production des barrages hydroélectriques, ou encore de quantifier l’impact d’une modification du Génie Civil ou d’un obstacle amont sur l’écoulement, la modélisation permet d’apporter des réponses quantitatives aux enjeux quotidiens des exploitants de barrages. Il est également possible d’anticiper et de réduire les phénomènes de survitesse et de cavitation, afin de limiter l’usure et la maintenance nécessaire.
• Simulation des systèmes de refroidissement : Dans les centrales thermiques et nucléaires, la CFD est utilisée pour optimiser les systèmes de refroidissement et éviter la surchauffe des réacteurs et autres équipements. Cela permet aussi de réduire la consommation d’eau et de maîtriser l’impact des effluents sur environnement. OptiFluides réalise ainsi depuis de nombreuses années des simulations avancées sur les prochaines générations de tours aéroréfrigérantes pour l’industrie nucléaire.
• Thermohydraulique : le fonctionnement des réacteurs nucléaires nécessite des écoulements d’eau à très haute température, sous pression et avec changement de phase. Par la simulation, il est possible de prévoir ces écoulements, ainsi que, par exemple, leur impact sur la fatigue thermomécanique des composants, leur stabilité ou encore leur évolution avec les différents régimes de fonctionnement du réacteur.

Traitement de l’eau

• Débitance et maîtrise des effluents : Afin de garantir que les nouvelles centrales de traitement de l’eau et d’épuration sont en capacité de traiter les débits de pointe, la simulation CFD permet de calcul la charge et la hauteur d’eau en tout point du circuit, ou encore de caractériser précisément les coefficients de débitance de seuil, déversoirs, ou encore les coefficients de perte de charge dans les différentes connexions entre les organes de traitement.
• Optimisation des décanteurs: le fonctionnement des décanteurs repose sur des vitesses faibles et homogènes du fluide à traiter, afin de permettre la sédimentation des particules à séparer. La simulation CFD permet une caractérisation précise du champ de vitesse en tout point de l’installation, afin de valider le bon fonctionnement de l’installation.

Réduction de l’impact environnemental des systèmes industriels

• Dispersion des polluants atmosphériques : la dispersion atmosphérique des polluants issus des installations industrielles est un enjeu majeur pour garantir la qualité de l’air des populations environnantes. La simulation permet de déterminer précisément comment les gaz et particules sont transportés par les différentes conditions météorologiques dans l’air et de proposer des stratégies pour limiter leur impact.
• Contrôle des émissions des incinérateurs : Les simulations CFD peuvent être utilisées pour optimiser le processus de combustion dans les incinérateurs de déchets, en minimisant les émissions de gaz à effet de serre et de particules polluantes, ou encore pour optimiser la conception des cheminées d’évacuation des fumées.
• Capture et stockage du carbone : les systèmes de capture et de stockage du carbone, enjeu majeur de l’industrie, peuvent être simulés et améliorés grâce à nos modèles : simuler les flux de CO₂ à travers les réacteurs chimiques et les pipelines, optimisant ainsi les processus de capture, de transport et de stockage du dioxyde de carbone dans des formations géologiques.

Stockage de l’énergie

• Batteries et systèmes de stockage thermiques : La conception et notamment gestion thermique des systèmes de stockage d’énergie représente un enjeu majeur de la transition énergétique auquel la simulation propose des réponses, en permettant un meilleur contrôle des températures, d’éviter les points chauds et de maximiser la durée de vie des batteries.
• Systèmes de stockage d’hydrogène : La CFD est également utilisée pour simuler les flux et les réactions dans les systèmes de stockage d’hydrogène, en particulier pour les systèmes de réservoirs sous pression ou de stockage cryogénique.

Conclusion

La simulation CFD est un outil stratégique dans le secteur de l’énergie et de l’environnement. Elle permet d’optimiser les performances des installations, de réduire les coûts et de limiter l’impact environnemental des systèmes énergétiques. En modélisant avec précision les écoulements de fluides, les transferts thermiques et les interactions complexes, OptiFluides aide les entreprises à innover, à améliorer l’efficacité de leurs systèmes et à répondre aux défis de la transition énergétique.

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