Prix de thèse Club CO2 2016 - Hayato Hagi

Quatrième Prix de thèse du Club CO2, Hayato HAGI du CES MINES ParisTech récompensé

La quatrième édition du Prix de thèse du Club CO2  récompense le travail de thèse apportant la contribution la plus significative à la filière sur le Captage, Transport, Valorisation et Stockage du CO₂.

La thèse de Hayato HAGI, intitulée « Optimisation rationnelle des performances énergétiques et environnementales d’une centrale à charbon pulvérisé fonctionnant en oxy-combustion », soutenue le 9 décembre 2014 à MINES ParisTech a été récompensée.

Résumé de la thèse :

Une réduction significative des émissions de gaz à effet de serre anthropogéniques est nécessaire afin de limiter les effets du réchauffement climatique. Dans ce contexte, le captage du CO2 sur les centrales à charbon est une option particulièrement intéressante. L'objectif de cette thèse est d'évaluer le potentiel du procédé de captage par oxy-combustion, alternative la plus crédible au procédé par absorption chimique actuellement pressenti. Un des verrous technologiques majeurs au développement de cette voie de captage est l'importance de la pénalité énergétique qu'elle entraîne sur la production électrique. La complexité et la nature fortement interconnectée du procédé ne permettant pas le recours à une approche d'optimisation mathématique rigoureuse, une méthodologie d'optimisation rationnelle sous contraintes technologique et économique visant à minimiser les irréversibilités thermodynamiques dans le système a été retenue. L'identification des voies d'amélioration, comprenant les possibilités d'intégration thermique et les modifications structurelles du procédé, a été réalisée via une analyse exergétique à l'échelle de l'opération unitaire. Cette dernière a été conduite sur une centrale modélisée avec des procédés conventionnels et un schéma d'intégration thermique conservatif afin d'obtenir un diagnostic initial avec le moins de biais possible. Les gains apportés par intégration thermique ont été évalués au moyen d'une méthodologie, développée dans le cadre de cette thèse, dans laquelle les sources de chaleur sont systématiquement valorisées au niveau du cycle vapeur pour maximiser la récupération d'énergie tout en minimisant les pertes exergétiques. Cette méthodologie à été appliquée à chacune des architectures de procédé identifiées comme potentiellement intéressantes. Ainsi, une configuration permettant de réduire la pénalité énergétique de 9,4 %-pts à 6,0 %-pts a été obtenue. Enfin, une optimisation technico-économique a été conduite afin de déterminer si toutes les modifications envisagées lors de l'optimisation énergétique étaient rentables et, dans le cas contraire, d'identifier la configuration minimisant le coût de l'électricité. La centrale optimisée ainsi obtenue, dont la pénalité énergétique est de 6,9 %-pts, permet de réduire le surcoût de l'électricité lié au captage du CO2 de 19 %. La compétitivité du captage par oxy combustion face à la post-combustion, sur les centrales à charbon pulvérisé nouvellement construites, a été démontrée.

Directeur de thèse : Chakib BOUALLOU du CES, centre commun à MINES ParisTech et ARMINES

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