In this research, the simulation of an existing 31.5 MW steam power plant, providing both electricity for the national grid and hot utility for the related sugar factory, was performed by means of ProSimPlus^® v. 3.7.6. The purpose of this study is to analyze the steam turbine operating parameters by means of the exergy concept with a pinch-based technique in order to assess the overall energy performance and losses that occur in the power plant. The combined pinch and exergy analysis (CPEA) initially focuses on the depiction of the hot and cold composite curves (HCCCs) of the steam cycle to evaluate the energy and exergy requirements. Based on the minimal approach temperature difference (∆T_lm) required for effective heat transfer, the exergy loss that raises the heat demand (heat duty) for power generation can be quantitatively assessed. The exergy composite curves focus on the potential for fuel saving throughout the cycle with respect to three possible operating modes and evaluates opportunities for heat pumping in the process. Well-established tools, such as balanced exergy composite curves, are used to visualize exergy losses in each process unit and utility heat exchangers. The outcome of the combined exergy–pinch analysis reveals that energy savings of up to 83.44 MW may be realized by lowering exergy destruction in the cogeneration plant according to the operating scenario.

Conception optimale d'une intégration d'énergie efficace, économique et durable par l'analyse d'exergie dans une usine de cogénération et le potentiel de conversion de la biomasse en biocarburant pour une deamnde d'énergie durable. Une étude de cas dans la sucreuse de Wonji-Shoa en Ethiopie: La question de l'énergie prend de plus en plus d'importance pour le secteur industriel, qui consomme beaucoup d'énergie. Pour remédier à cette difficulté, l'analyse exergétique et l'analyse exergoéconomique semblent être des techniques très efficaces puisqu'elles permettent aux opérations industrielles d'être plus efficaces tout en réduisant leur impact environnemental et en maximisant les bénéfices économiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de l'étude présentée dans cette thèse est d'améliorer l'efficacité énergétique de la centrale de cogénération existante via différentes possibilités d'amélioration de la production d'électricité afin d'alimenter le réseau national à partir de bagasse excédentaire et ainsi de démontrer la valeur de cette approche pour l'analyse de l'efficacité énergétique des processus et des utilités. De plus, promouvoir une technologie intégrée de pointe pour la conversion des sous-produits de la canne à sucre disponibles en indicateurs énergétiques alternatifs bio fuel pour un avantage économique et pour alléger la charge environnementale a été réalisée.Cette thèse présente une méthodologie générique de la gestion énergétique des procédés thermiques couplés avec le simulateur de procédé ProSimPlus® qui est bien adaptée aux études d'efficacité énergétique dans une centrale de cogénération. Cette étude automatise entièrement l'analyse exergétique en présentant l'ensemble du bilan exergétique dans un seul logiciel, en plus d'utiliser des expressions génériques pour le travail et les flux de chaleur.Trois scénarios d'exploitation (cas I - le « réseau » et l'"usine » fonctionnant simultanément, le cas II - le réseau fonctionne et l'usine « OFF », et le cas III - le réseau « OFF » et l'usine « ON ») ont été utilisés pour examiner les analyses exergétiques et exergoéconomiques d'une installation de cogénération.En raison de l'imprévisibilité du marché de l'énergie en termes de disponibilité et de prix, le choix du mode de fonctionnement approprié pour équilibrer la faisabilité et la rentabilité des procédés chimiques est devenu un sujet important dans le domaine industriel. Le choix de la configuration d'exploitation optimale est crucial pour la stabilité d'une installation de traitement, en particulier lorsque l'alimentation du réseau n'est pas constante. Le simulateur de procédé ProSim Plus® a été utilisé pour créer un jumeau numérique de la section de cogénération à turbine à vapeur du côté des services publics de la sucrerie de Wonji-Shoa en Éthiopie, à partir de données réelles.De plus, L'analyse combinée du pincement et de l'exergie (CPEA) analyse initialement la représentation des courbes composites chaudes et froides (HCCC) du cycle de la vapeur et spécifie les besoins en énergie et en exergie. Les courbes composites d'exergie équilibrées générées sont utilisées pour visualiser les pertes d'exergie dans chaque composant des échanges thermiques de procédé et de service. Par conséquent, l'analyse combinée de l'exergie et du pincement révèle que davantage d'économies d'énergie peuvent être réalisées en réduisant la destruction de l'exergie dans la centrale de cogénération (∆Tlm).Enfin, un concept de conception prenant en compte les critères permettant d'identifier les limites supérieures théoriques de l'approche potentielle de conversion de la biomasse des sous-produits de la canne à sucre en indicateurs énergétiques a été présenté. Pour analyser le potentiel de captage du carbone de la biomasse, l'évaluation du modèle de conversion de masse stœchiométrique et des indicateurs d'efficacité énergétique a été formulée. Cela montre que la diversification multiproduit, des matières premières aux biocarburants, dans le cadre de systèmes de processus intégrés, pourrait potentiellement réduire le déficit énergétique et gérer le fardeau environnemental.