Au moins 30% de l'énergie produite par les moteurs à combustion interne est dissipée sous forme de chaleur dans les gaz d'échappement. L'intérêt des constructeurs pour les systèmes de récupération de chaleur bases sur le cycle thermodynamique de Rankine est justifié par des réductions de consommation espérées entre 5 et 10%. L'ambition de cette thèse est de contribuer à lever les principaux verrous liés à la gestion des procédés Rankine pour des applications ≪ mobiles ≫. Ce manuscrit s'appuie sur trois cas d'étude avec, pour chacun, un procédé pilote destiné à être intégré respectivement sur des véhicules légers à moteur essence, sur des camions poids-lourds et sur des trains à propulsion hybride Diesel électrique. Pour cela, des approches de l'automatique à base de modèle ont été développées. Une nouvelle loi de commande non-linéaire, permettant l'asservissement de la température et de la pression en sortie d'évaporateur, est proposée. Il est montré expérimentalement que le système peut être maintenu dans des conditions permettant la récupération d'énergie sans discontinuer, même sur des cycles routiers très dynamiques. La supervision énergétique du cycle de Rankine à bord d'un véhicule est ensuite abordée. Il s'agit de trouver les consignes pour la commande rapprochée qui permettent de maximiser l'efficacité énergétique d'un véhicule équipé d'un système de récupération d'énergie par cycle de Rankine. Il est montré que le gain énergétique apporté par l'optimisation dynamique temps réel proposée est important, comparé à une stratégie basée sur l'optimisation statique du système habituellement employée dans la littérature / More than 30% of the energy produced by internal combustion engines (ICE) is dissipated as heat through the exhaust gases. The interest of manufacturers in heat recovery systems based on the thermodynamic Rankine cycle is justified by announced reductions in fuel consumption ranging from 5 and 10% depending on the system and the driving cycle. The aim of this thesis is to help remove the main barriers associated with supervising and controlling Rankine processes for ≪ mobile ≫ applications. This dissertation is based on three study cases, each corresponding to a pilot process installed in engine test benches at IFP Energies nouvelles (IFPEN). These are applications to be integrated respectively on board light-duty vehicles with spark-ignition engine, heavy-duty trucks and trains with Diesel-electric propulsion. An original nonlinear (model-based) control law for the temperature and the pressure tracking at the evaporator outlet is proposed. It is shown experimentally that the system can be maintained under conditions allowing continuous energy recovery, even during highly transient road cycles. Then the supervision of Rankine systems is addressed, resulting in the choice of optimal set-points (in term of energy management) for the low-level controller. An optimal control problem is formulated, allowing online implementation via dynamic real-time optimization.The proposed approach is validated on a realistic simulator, showing significant benefits in the amount of energy recovered when compared with the classical (static) approach found in Rankine cycle literature

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif MICROSOL, mené par Schneider Electric, et qui oeuvre pour le développement de micros centrales solaires thermodynamiques destinées à la production d'électricité en sites isolés (non connectés au réseau électrique) en exploitant l'énergie thermique du soleil. Le but de cette thèse étant le développement de lois de commande innovantes et efficaces pour la gestion de l'énergie de deux types de micros centrales solaires thermodynamiques : à base de moteur à cycle de Stirling et à base de machines à Cycle de Rankine Organique (ORC). Dans une première partie, nous considérons une centrale solaire thermodynamique à base de machine à cycle de Stirling hybridée à un supercondensateur comme moyen de stockage d'énergie tampon. Dans ce cadre, nous proposons une première loi de commande validée expérimentalement, associée au système de conversion d'énergie du moteur Stirling, qui dote le système de performances quasi optimales en termes de temps de réponse ce qui permet de réduire la taille du supercondensateur utilisé. Une deuxième loi de commande qui gère explicitement les contraintes du système tout en dotant ce dernier de performances optimales en terme de temps de réponse, est également proposée. Cette dernière loi de commande est en réalité plus qu'un simple contrôleur, elle constitue une méthodologie de contrôle applicable pour une famille de systèmes de conversion de l'énergie.Dans une deuxième partie, nous considérons une centrale solaire thermodynamique à base de machine à cycle de Rankine Organique (ORC) hybridée à un banc de batteries comme moyen de stockage d'énergie tampon. Etant donné que ce système fonctionne à vitesse de rotation fixe pour la génératrice asynchrone qui est connectée à un système de conversion d'énergie commercial, nous proposons une loi de commande prédictive qui agit sur la partie thermodynamique de ce système afin de le faire passer d'un point de fonctionnement à un autre, lors des appels de puissance des charges électriques, le plus rapidement possible (pour réduire le dimensionnement des batteries) tout en respectant les contraintes physiques du système. La loi de commande prédictive développée se base sur un modèle dynamique de la machine ORC identifié expérimentalement grâce à un algorithme d'identification nonlinéaire adéquat. / This Ph.D thesis was prepared in the scope of the MICROSOL project, ledby Schneider Electric, that aims at developing Off-grid solar thermodynamic micro powerplants exploiting the solar thermal energy. The aim of this thesis being the development of innovative and efficient control strategies for the energy management of two kinds of solar thermodynamic micro power plants: based on Stirling engine and based and Organic RankineCycle (ORC) machines.In a first part, we consider the Stirling based solar thermodynamic micro power planthybridized with a supercapacitor as an energy buffer. Within this framework, we propose afirst experimentally validated control strategy, associated to the energy conversion system ofthe Stirling engine, that endows the system with quasi optimal performances in term of settlingtime enabling the size reduction of the supercapacitor. A second control strategy that handlesexplicitly the system constraints while providing the system with optimal performances interm of settling time , is also proposed. This control strategy is in fact more than a simplecontroller, it is a control framework that holds for a family of energy conversion systems.In a second part, we consider the Organic Rankine Cycle (ORC) based thermodynamicmicro power plant hybridized with a battery bank as an energy buffer. Since this system worksat constant speed for the asynchronous generator electrically connected to a commercial energyconversion system, we propose a model predictive controller that acts on the thermodynamicpart of this system to move from an operating point to another, during the load power demandtransients, as fast as possible (to reduce the size of the battery banks) while respecting thephysical system constraints. The developed predictive controller is based upon a dynamicmodel, for the ORC power plant, identified experimentally thanks to an adequate nonlinearidentification algorithm.

La valorisation de l'énergie thermique contenue dans des gaz chauds pour produire de l'électricité est possible grâce à l'utilisation de cycles thermodynamiques, parmi lesquels le cycle de Rankine mérite d'être considéré. Cependant, l'industrialisation d'un tel système passe par une connaissance approfondie du comportement thermohydraulique du fluide actif. Ceci permettra d'améliorer le design des principaux composants du système, spécialement les échangeurs de chaleur. Dans le cas du cycle organique de Rankine, les conditions thermodynamiques du fluide sont éloignées des conditions usuelles rencontrées dans les domaines de la climatisation ou de la réfrigération. En effet, le fluide est mis en œuvre dans des conditions proches de son point critique. La température des gaz d'échappement varie entre 400°C et 900°C et l'évaporation se produit à une température de saturation supérieure à 100°C. En ce qui concerne les caractéristiques des écoulements diphasiques (chute de pression, coefficient de transferts thermiques, régimes d'écoulement), la quasi-totalité des méthodes de prédiction a été développée pour des températures comprises entre -20°C et 40°C correspondantes aux domaines de la climatisation ou de la réfrigération. C'est pourquoi la fiabilité de ces modèles reste incertaine dans les conditions d'évaporation du cycle de Rankine, car leur utilisation est limitée par la base de données à partir de laquelle ils ont été établis et ne peuvent être extrapolés avec précision. Cette thèse vise à étudier les caractéristiques thermohydrauliques du R-245fa en ébullition convective dans les conditions du cycle de Rankine. Dans un premier temps, un banc expérimental a été conçu et construit afin de réaliser des tests en ébullition convective dans un minicanal de 3.00 mm de diamètre. Ce banc expérimental permet de faire des mesures sur les régimes d'écoulement, les coefficients de transfert de chaleur et les pertes de charge par frottement. Dans un second temps, une méthode de traitement d'image a été développée afin de caractériser différents régimes d'écoulement. Cette méthode couplée à une analyse des transferts thermiques a permis d'identifier quatre principaux régimes d'écoulement. L'influence de la température de saturation sur les régimes d'écoulement et leurs transitions a été soulignée et discutée. Les caractéristiques des bulles ont également été étudiées à l'aide de cette méthode. Dans un troisième temps, une base de données expérimentale sur les coefficients de transfert de chaleur a été créée. L'influence de la température de saturation sur les mécanismes de transfert thermique a été étudiée dans ces conditions originales. Afin de tester la fiabilité des méthodes de prédiction, les résultats expérimentaux ont été confrontés à différentes méthodes. Finalement, les chutes de pressions ont été mesurées et une analyse paramétrique a été menée. Les mesures ont été confrontées aux principales méthodes disponibles dans la littérature. / Because of current environmental issues, some technologies are being developed to reduce the fuel consumption and to reduce the emissions of CO2. Energy recovery by means of Organic Rankine Cycles or Hirn Cycles recovery is one investigated track to answer these issues. At present, some systems based on Organic Rankine Cycle (ORC) are available in industry but advanced studies are needed to allow their application in the road transport industry. A better understanding of the two-phase fluid behaviour is necessary to optimize the design models of the components containing a two-phase refrigerant. For the Organic Rankine Cycle system, the thermodynamic conditions are different to standards relevant to refrigeration or air-conditioning systems. Indeed, the key characteristic of the ORC system is the evaporation saturation temperature. Exhaust gases temperature ranges from 400°C to 900°C and the refrigerant evaporation occurs at temperatures higher than 100°C. Almost all the flow boiling heat transfer models or correlations have been obtained for saturation temperatures ranging from -20°C to 40°C which correspond to standards relevant to refrigeration or air conditioning systems. The empirical models for boiling in such conditions are limited by the experimental data on which they are based, whereas analytical and theoretical approaches are needed to advanced knowledge on the behaviour of thermohydraulic two-phase refrigerant. This PhD thesis aims at studying the flow boiling characteristics of R-245fa in a 3.00 inner diameter channel in the thermodynamic conditions of the ORC system. Therefore, the saturation temperature ranged from 60°C to 120°C. To achieve this goal, an experimental test facility was designed and built to conduct refrigerant evaporation experiments. This test facility allowed to perform flow regime visualizations, pressure drop and heat transfer measurements in minichannel. First, an image processing method for two phase flow pattern characterization was developed. Based on this method and with the help of an adequate analysis of the heat transfer coefficient, the main flow regimes have been identified. The influence of saturation temperature on the flow patterns and their transitions has been highlighted. The second objective was to provide new experimental data concerning flow boiling heat transfer in minichannel. Flow boiling heat transfer coefficients at such high temperature have, so to say, almost never been reported in the open literature so far. The influence of saturation temperature on the heat transfer mechanisms has been discussed. In order to evaluate the capability of the current flow boiling prediction methods to predict the heat transfer coefficient, the comparison between experimental results and theoretical results predicted with the commonly used correlations and models were made. Lastly, pressure drop databases are presented. Experimental values of pressure drops were compared against several methods.

L’objectif de cette thèse est d’étudier expérimentalement les performances énergétiques d'une installation de micro-cogénération solaire. Le prototype réalisé est constitué d'un concentrateur cylindro-parabolique associé à un moteur à vapeur fonctionnant suivant un cycle de Hirn (Rankine avec surchauffe). Les originalités de ce projet sont l’utilisation de l’énergie solaire, renouvelable et inépuisable mais intermittente, la génération directe de vapeur au sein d'un concentrateur de taille réduite (46,5 m²), le système de suivi solaire sur deux axes et le couplage à un moteur à piston non lubrifié. La première partie de l'étude porte sur le concentrateur seul. Son fonctionnement est étudié sur deux journées types (ensoleillée et nuageuse) et son rendement thermique est évalué. La dynamique du système est également abordée notamment par l'étude de sa réponse à des perturbations. Une régulation de type boucle ouverte a été mise en place et validée. La seconde partie concerne la caractérisation du moteur seul. Des essais ont été menés avec une puissance de source chaude stable puis variable. À partir des résultats obtenus, un modèle empirique est développé, puis exploité dans le cadre d'une étude paramétrique du moteur. Cette étude montre l'influence importante du ratio de pression et de la vitesse de rotation sur le rendement. Dans la dernière partie, les performances globales (rendement, puissances électrique et thermique produites) du micro-cogénérateur sont évaluées. Des essais à pression et à vitesse régulées sont présentés. A partir de cartographies de fonctionnement réalisées à l’aide d’un modèle empirique, une régulation basée sur l'utilisation d'un by-pass est alors mise en place, puis testée. / The objective of this thesis is the experimental study of the energy performances of a micro combined solar heat and power (micro-CHP) unit. The prototype is composed of a solar parabolic trough collector coupled to a Hirn (superheated Rankine) cycle engine. The originalities of this project are the use of solar energy which is renewable and inexhaustible but intermittent, the direct steam generation with a reduced size parabolic trough collector (46.5 m²), the two axis tracking system and the coupling with an oil-free reciprocating steam engine. The first part of this study is focussed on the solar collector. Thermal performances under sunny and cloudy conditions are presented and the thermal efficiency is evaluated. The system dynamic is also investigated through the characterization of the inertia as well as a study of its response to perturbations. Then a control strategy is set up and validated. The second part deals with the characterization of the engine. Tests have been performed with a stable and variable heat source power. From these tests, an empirical model has been developed and used in a parametrical study. This study shows the significant influence of the pressure ratio and of the rotational speed on the efficiency of the engine. In the last part, global performances (efficiency, output thermal and electrical powers) of the entire micro-CHP unit are evaluated. Tests with controlled pressure and speed are presented. From operating maps established from an empirical model, a control strategy based on the use of a by-pass is set up and tested.

The aim of the dissertation is proposing and solving energy convection systems for nuc-lear power plants with a sodium fast reactor of the 4th generation. The first part of the dissertation deals with collection and evaluation of information available about nuclear power plants with sodium fast reactor which use nuclear or non-nuclear reheating to increase thermal efficiency. On the basis of the acquired information, thermal schemes are developed and thermal effi-ciency is determined for the systems working in both Rankine thermal cycle and Brayton thermal cycle. In the further part of the dissertation thermal calculation of the reheater for nuclear and non-nuclear reheating is made for the systems working in Rankine thermal cycle. At the end of this dissertation, an apparatus suitable for these systems is suggested and the systems are evaluated in terms of technical implementation and nuclear safety.

Thesis (PhD) -- Stellenbosch University, 2014. / ENGLISH ABSTRACT: Currently the reduction of the levelised cost of electricity (LCOE) is the main goal of concentrating solar power (CSP) research. Central to a cost reduction strategy proposed by the American Department of Energy is the use of advanced power cycles like supercritical steam Rankine cycles to increase the efficiency of the CSP plant. A supercritical steam cycle requires source temperatures in excess of 620°C, which is above the maximum storage temperature of the current two-tank molten nitrate salt storage, which stores thermal energy at 565°C. Metallic phase change materials (PCM) can store thermal energy at higher temperatures, and do not have the drawbacks of salt based PCMs. A thermal energy storage (TES) concept is developed that uses both metallic PCMs and liquid metal heat transfer fluids (HTF). The concept was proposed in two iterations, one where steam is generated directly from the PCM – direct steam generation (DSG), and another where a separate liquid metal/water heat exchanger is used – indirect steam generation, (ISG). Eutectic aluminium-silicon alloy (AlSi12) was selected as the ideal metallic PCM for research, and eutectic sodium-potassium alloy (NaK) as the most suitable heat transfer fluid. Thermal energy storage in PCMs results in moving boundary heat transfer problems, which has design implications. The heat transfer analysis of the heat transfer surfaces is significantly simplified if quasi-steady state heat transfer analysis can be assumed, and this is true if the Stefan condition is met. To validate the simplifying assumptions and to prove the concept, a prototype heat storage unit was built. During testing, it was shown that the simplifying assumptions are valid, and that the prototype worked, validating the concept. Unfortunately unexpected corrosion issues limited the experimental work, but highlighted an important aspect of metallic PCM TES. Liquid aluminium based alloys are highly corrosive to most materials and this is a topic for future investigation. To demonstrate the practicality of the concept and to come to terms with the control strategy of both proposed concepts, a storage unit was designed for a 100 MW power plant with 15 hours of thermal storage. Only AlSi12 was used in the design, limiting the power cycle to a subcritical power block. This demonstrated some practicalities about the concept and shed some light on control issues regarding the DSG concept. A techno-economic evaluation of metallic PCM storage concluded that metallic PCMs can be used in conjunction with liquid metal heat transfer fluids to achieve high temperature storage and it should be economically viable if the corrosion issues of aluminium alloys can be resolved. The use of advanced power cycles, metallic PCM storage and liquid metal heat transfer is only merited if significant reduction in LCOE in the whole plant is achieved and only forms part of the solution. Cascading of multiple PCMs across a range of temperatures is required to minimize entropy generation. Two-tank molten salt storage can also be used in conjunction with cascaded metallic PCM storage to minimize cost, but this also needs further investigation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Tans is die minimering van die gemiddelde leeftydkoste van elektrisiteit (GLVE) die hoofdoel van gekonsentreerde son-energie navorsing. In die kosteverminderingsplan wat voorgestel is deur die Amerikaanse Departement van Energie, word die gebruik van gevorderde kragsiklusse aanbeveel. 'n Superkritiese stoom-siklus vereis bron temperature hoër as 620 °C, wat bo die 565 °C maksimum stoor temperatuur van die huidige twee-tenk gesmelte nitraatsout termiese energiestoor (TES) is. Metaal fase veranderingsmateriale (FVMe) kan termiese energie stoor by hoër temperature, en het nie die nadele van soutgebaseerde FVMe nie. ʼn TES konsep word ontwikkel wat gebruik maak van metaal FVM en vloeibare metaal warmteoordrag vloeistof. Die konsep is voorgestel in twee iterasies; een waar stoom direk gegenereer word uit die FVM (direkte stoomopwekking (DSO)), en 'n ander waar 'n afsonderlike vloeibare metaal/water warmteruiler gebruik word (indirekte stoomopwekking (ISO)). Eutektiese aluminium-silikon allooi (AlSi12) is gekies as die mees geskikte metaal FVM vir navorsingsdoeleindes, en eutektiese natrium – kalium allooi (NaK) as die mees geskikte warmteoordrag vloeistof. Termiese energie stoor in FVMe lei tot bewegende grens warmteoordrag berekeninge, wat ontwerps-implikasies het. Die warmteoordrag ontleding van die warmteruilers word aansienlik vereenvoudig indien kwasi-bestendige toestand warmteoordrag ontledings gebruik kan word en dit is geldig indien daar aan die Stefan toestand voldoen word. Om vereenvoudigende aannames te bevestig en om die konsep te bewys is 'n prototipe warmte stoor eenheid gebou. Gedurende toetse is daar bewys dat die vereenvoudigende aannames geldig is, dat die prototipe werk en dien as ʼn bevestiging van die konsep. Ongelukkig het onverwagte korrosie die eksperimentele werk kortgeknip, maar dit het klem op 'n belangrike aspek van metaal FVM TES geplaas. Vloeibare aluminium allooie is hoogs korrosief en dit is 'n onderwerp vir toekomstige navorsing. Om die praktiese uitvoerbaarheid van die konsep te demonstreer en om die beheerstrategie van beide voorgestelde konsepte te bevestig is 'n stoor-eenheid ontwerp vir 'n 100 MW kragstasie met 15 uur van 'n TES. Slegs AlSi12 is gebruik in die ontwerp, wat die kragsiklus beperk het tot 'n subkritiese stoomsiklus. Dit het praktiese aspekte van die konsep onderteken, en beheerkwessies rakende die DSO konsep in die kollig geplaas. In 'n tegno-ekonomiese analise van metaal FVM TES word die gevolgtrekking gemaak dat metaal FVMe gebruik kan word in samewerking met 'n vloeibare metaal warmteoordrag vloeistof om hoë temperatuur stoor moontlik te maak en dat dit ekonomies lewensvatbaar is indien die korrosie kwessies van aluminium allooi opgelos kan word. Die gebruik van gevorderde kragsiklusse, metaal FVM stoor en vloeibare metaal warmteoordrag word net geregverdig indien beduidende vermindering in GLVE van die hele kragsentrale bereik is, en dit vorm slegs 'n deel van die oplossing. ʼn Kaskade van verskeie FVMe oor 'n reeks van temperature word vereis om entropie generasie te minimeer. Twee-tenk gesmelte soutstoor kan ook gebruik word in samewerking met kaskade metaal FVM stoor om koste te verminder, maar dit moet ook verder ondersoek word.

Rising energy demands and the continual push to find more energy efficient technologies have been the impetus for the investigation of waste heat recovery techniques. Diesel engine exhaust heat utilization has the potential to significantly reduce the consumption of fossil fuels and reduce the release of greenhouse gases, because diesel engines are ubiquitous in industry and transportation. The exhaust energy can used to provide refrigeration by implementing an organic Rankine cycle coupled with a vapor-compression cycle. A critical component in this system, and in any waste heat recovery system, is the heat exchanger that extracts the heat from the exhaust. In this study, a cross-flow microchannel heat exchanger was geometrically examined and thermally tested under laboratory conditions. The heat exchanger, referred to as the Heat Recovery Unit (HRU), was designed to transfer diesel exhaust energy to a heat transfer oil. Two methods were developed to measure the geometry of the microchannels. The first was based on image processing of microscope photographs, and the second involved an analysis of profilometer measurements. Both methods revealed that the exhaust channels (air channels) were, on average, smaller in cross-sectional area by 11% when compared to the design. The cross-sectional area of the oil channels were 8% smaller than their design. The hydraulic diameters for both channel geometries were close to their design. Hot air was used to simulate diesel engine exhaust. Thermal testing of the heat exchanger included measurements of heat transfer, effectiveness, air pressure drop, and oil pressure drop. The experimental results for the heat transfer and effectiveness agreed well with the model predictions. However, the measured air pressure drop and oil pressure drop were significantly higher than the model. The discrepancy was attributed to the model's ideal representation of the channel areas. Additionally, since the model did not account for the complex flow path of the oil stream, the measured oil pressure drop was much higher than the predicted pressure drop. The highest duty of the Heat Recovery Unit observed during the experimental tests was 12.3 kW and the highest effectiveness was 97.8%. To examine the flow distribution through the air channels, velocity measurements were collected at the outlet of the Heat Recovery Unit using a hot film anemometer. For unheated air flow, the profile measurements indicated that there was flow maldistribution. A temperature profile was measured and analyzed for a thermally loaded condition. / Graduation date: 2012

Cette étude a pour cadre l'analyse de mouvements fluides dans des séquences d'images et s'articule autour de deux axes. Nous traitons en premier lieu le problème de l'estimation du mouvement. Dans un contexte d'imagerie fluide, la luminance des images fait parfois apparaître de fortes distorsions spatiales et temporelles, rendant délicate l'utilisation de techniques standard issues de la Vision par Ordinateur, originalement conçues pour des mouvements rigides et reposant sur une hypothèse d'invariance de la fonction de luminance. Nous proposons un estimateur de mouvement modélisé au moyen d'une formulation énergétique et spécialement dédié à l'estimation du mouvement fluide. La fonctionnelle considérée est composée d'un terme d'attache aux données original issu de l'équation de continuité de la mécanique des fluides. Ce nouveau modèle de données, spécifié pour être aisément intégré dans un schéma multirésolution, est associé à une régularisation de type ``div-curl''. Les performances de cet estimateur sont expérimentalement démontrées sur des images synthétiques et réelles météorologiques. Une validation de la méthode sur un écoulement expérimental représentant une ``couche de mélange'' est par ailleurs présentée. L'intérêt de l'étude est en second lieu porté sur l'analyse d'un champ de déplacement préalablement estimé, relatif à un mouvement fluide. Nous proposons une méthode visant à extraire les vortex et puits/sources de l'écoulement en s'appuyant sur le modèle de Rankine. Ce problème est essentiel dans de nombreuses applications comme par exemple la détection d'importants événements météorologiques (dépressions, cellules convectives, ...) ou la caractérisation d'écoulements expérimentaux. La connaissance de telles structures autorise par ailleurs une représentation paramétrique de l'écoulement. La méthode que nous proposons s'appuie sur une représentation analytique du champ des vitesses e permet d'extraire d'autres informations pertinentes relatives à l'écoulement (fonctions de potentiels, décomposition selon Helmholtz de l'écoulement, points singuliers, ...). L'approche présentée sera expérimentalement étudiée sur des écoulement représentant divers phénomènes physiques.

<p>As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.</p>

As a part of the fight against the global warming the energy production needs to be more efficient and redirected towards sustainable options. One alternative is cogeneration, which means that electricity and heat is produced in one plant. The purpose with this survey is to examine if there are any commercial available combined heat and power techniques, based on combustion of solid moist biomass, which are suitable to small-scale applications. The technique must be able to produce between 2 and 10 MW thermal and the heat demand is a Swedish district-heating system. When already published reports had been studied, the Organic Rankine Cycle (ORC) was chosen as the most suitable technique. The possibility of using the ORC to generate electricity from the district-heating return flow was considered simultaneously. The chosen ORC-technique was then evaluated in Excel. The first aspect to be examined was how the performance of a combined heat and power plant was affected by variations in the supply line temperature. It showed that the performance reaches top levels when the temperature is low. The second part contains an optimisation, in a techno-economical perspective, of the ratio between cogeneration and separate heat production for district-heating systems with heat demands below 50 GWh/year. The most profitable combined heat and power plant generates 45 % of the installed power in a 50 GWh system. The profit is, however, too low to justify any construction plans. The conclusion was that there are no economical reasons to choose combined heat and power based on an organic rankine cycle in Sweden today.