Centrale solaire thermodynamique

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Une centrale à concentration solaire Thermodynamique (ou centrale à concentration solaire thermique ou Encore héliothermodynamique, en anglais CSP (pour énergie solaire concentrée)c’est une centrale qui CONCENTRE les rayons du Soleil à l’aide de mirrors de chauffeur un AFIN fluid Qui Përmet en caloporteur Ce type de centrale permet, en stockant ce fluide dans un réservoir, de prolonger le fonctionnement de la centrale plusieurs heures au-delà du coucher du soleil.

Centrale solaire à tour (Solar Deux en Californie).

Centrale solaire parabolique (projet DISH-STIRLING à Font-Romeu- Odeillo ).

Vue d’une installation de miroirs paraboliques concentrant le rayonnement infrarouge du soleil sur des tubes de production à vapeur à partir d’eau (système GlassPoint)

Types et filières

Plusieurs technologies ont déjà travaillé à l’échelle industrielle [ 1 ] . La centrale à tour est constituée d’un champ de capteurs solaires et d’ héliostats qui concentrent les rayons du soleil vers un foyer fixe, situés en haut d’une tour . Dans les centrales à miroirs cylindro-paraboliques ceux-ci concentrent le rayonnement sur des tubes remplis d’un fluide. Une technologie proche, les miroirs de Fresnel, utilisent des miroirs plans (ou quasi-plans) pivotant autour d’un axe horizontal de manière à suivre le cours du soleil et de concentrer de manière optimale les rayons solaires vers un absorbeur de tube. Dans ces deux technologies, le liquide caloporteur, à l’intérieur, est transporté à haute température et envoyé dans un générateur de vapeur . La vapeur fait ensuite tourner les turbines qui entraînent des alternateurs produisant de l’électricité. Le Dish Stirling (en) parabolique, associant centrale solaire thermodynamique et moteur Stirling , permet d’atteindre de très hautes températures (plus de 700 ° C ) et ainsi la plus grande efficacité de toutes les technologies solaires, soit 29% par rapport aux 15 à 20 % d’ habituels de l’ énergie solaire photovoltaïque [ 1 ] .

D’autres pistes thermodynamiques sont actuellement explorées pour exploiter le rayonnement solaire. Une solution de l’air Utilisant un plus de chauffé 726,85 ° C par un lit fluidisé (par exemple de Sic ) designed for better Résister à la «fatigue thermique» including Liée aux de la ressource irrégularités et Qui pose solaire Problème Pour Les Échangeurs Thermiques was proposed classiques Dans les annèes 2000, Pour une centrale where un air très d’apport chaud de la chambre remplacerait la combustion de l’équivalent d’une turbine à gaz par un récepteur d’énergie solaire Concentrée [2],[ 3 ],[ 4 ] . Des microcentrales à paraboles autonomes associées à un moteur Stirling (10 à 25 kW ) au foyer, avec des sources chaudes de plus de 500 ° C permettraient une production décentralisée de chaleur et d’électricité [ 5 ],[ 6 ] .

Le stockage de l’énergie

Les technologies solaires thermodynamiques présentent un avantage majeur par rapport au photovoltaïque: elles permettent de prolonger la production d’électricité au-delà de la période d’irradiation solaire, d’investir dans un investissement supplémentaire, de stocker le fluide caloporteur dans des réservoirs pour pouvoir extraire la chaleur plusieurs heures après le coucher du Soleil.
Ainsi, la centrale solaire américaine Solaire Deux fois encore trois heures après le soleil disparu. Le stockage de l’énergie est fait à l’entrée du générateur dans la forme de la chaleur ( 560 ° C ) dans les fonds de sels fondus [ 7 ] , ce qui permet à la centrale de continuer à fonctionner en l’absence de Soleil. Cette technique est reprise dans la centrale solaire , mais cette fois l’autonomie sans Soleil passe à 16 heures, ce qui lui permet de fonctionner nuit et jour lors des périodes de fort ensoleillement. Ce type d’installation est destiné aux régions à fort ensoleillement comme la Californie ou le Sud de l’Espagne.

Areva a mis en service à Albuquerque, au Nouveau-Mexique, un démonstrateur de stockage d’énergie à fondus dans le parc solaire hélio-thermodynamique du laboratoire national américain Sandia intégrant des réflecteurs à miroirs de Fresnel linéaires. Il utilise les Fondus salts Comme fluide caloporteur, en les extrayant d’un réservoir «froid» (290 ° C) pour les à 550 ° chauffer C au contact avec des mirrors, fait passer les Puis par un échangeur thermique versez la vapeur Générer à Nécessaire la production d’électricité; les sels fondus sont encore redirigés soit vers le réservoir froid, soit pour le processus en boucle, soit pour le stockage séparé pour le stockage. Les premiers résultats montrent que les sels fondus permettent de faire fonctionner la centrale à haute température, de simplifier les opérations et de réduire le coût global, un facteur clé alors que le département américain de l’ énergie (DOE) étire, à travers son programme Sunshot, la réduction des coûts des centrales solaires installées de 0,06 $ / kWh d’ici à 2020 [ 8 ] .

Aspects économiques

Perspectives de marché

Selon les scénarios prospectifs établis sous l’égide de l’ Agence internationale de l’énergie (AIE), le solaire thermodynamique à concentration est appelé à jouer un rôle significatif dans la production d’électricité mondiale à l’horizon 2050: dans son rapport de 2014, l’AIE prévoit que le solaire thermodynamique à concentration (11% de la production d’électricité en 2050, soit 4 350 TWh avec une capacité installée de 1 000 GW , dont 229 GW aux États-Unis) -Unis, 204 GW au Moyen-Orient, 186 GW en Inde, 147 GW en Afrique et 118 GW en Chine; 53 GW sont exportés de l’Afrique du Nord vers l’Europe; la baisse des coûts moyens de production de 168 $ / MWh en 2015 à 71 $ / MWh pour les centrales avec stockage les rendrait compétitifs dans les pays plus ensoleillés, en pointe et demi-pointe, vers 2020 et en base vers 2030; il y a aussi les gaz industriels pour le procédé industriel et le gaz de l’eau pour remplacer le gaz naturel ] .

Dans les scénarios plus optimistes, tels que ceux qui ont été établis dans le cadre du programme AIE SolarPACES (fr) , l’Association européenne de l’énergie solaire thermique et Greenpeace prévoit une capacité de 1 500 GW au niveau mondial. Ces perspectives supposent le développement rapide d’une filière industrielle solaire thermodynamique à concentration, sachant qu’en 2014, le parc de centrales en service avec une quarantaine de sites au niveau mondial.

Coûts de production

Une étude de l’IRENA ( Agence internationale de l’énergie renouvelable ) publiée en 2013 évalue les coûts de production actualisés de l’électricité ( LCOE ) renouvelable en 2012; pour le solaire thermodynamique, elle fournit les coûts suivants:

  • technologies cylindro-parabolique et Fresnel, avec système de stockage: 0,19 à 0,38 $ / kWh (hypothèses: coût d’investissement: 3 400 à 4 600 $ / kW ; facteur de charge: 20 à 27 % ) le bas de la fourchette correspond à des projets très compétitifs (hors OCDE) dans les pays bénéficiaires d’un ensoleillement exceptionnel;
    • avec un système de stockage de six heures: 0,17 à 0,37 $ / kWh ;
  • centrales à tour: 0,20 à 0,29 $ / kWh avec système de stockage de 6 à 7 h 30 et 0,17 à 0,24 $ / kWh avec un stockage de 12 à 15 heures

Le coût est fortement corrélé à l’ensoleillement: partant d’une base à 2 100 kWh / m 2 / an (ensoleillement DNI typical for Spain), le coût LCOE diminue de 4,5% pour chaque tranche de 100 kWh / m 2 / an en plus.

Ces coûts de 2012 devraient continuer à baisser en fonction des progrès technologiques et des économies d’échelle .

Le coût minimum de 0,17 $ / kWh , soit 170 $ / MWh , équivaut à 126 € / MWh ; en comparaison, une étude du Fraunhofer Institut parue en novembre 2013 évalue le LCOE des centrales photovoltaïques du sud de l’Allemagne (indice solaire de 1 200 kWh / m 2 / an) entre 79 et 98 € / MWh , et un contrat au Texas fait ressortir un coût de 54 € / MWh  ; le coût du solaire thermodynamique reste supérieur à celui du photovoltaïque, mais avec l’avantage du stockage qui lui confère une valeur nette plus élevée.

Installations réalisées et projets

Article détaillé: Liste des centrales solaires thermodynamiques .

La production des centrales solaires thermodynamiques atteignait 9 418 GWh en 2015, soit 0,04% de la production mondiale d’électricité; en comparaison, la production photovoltaïque s’élevait à 246 556 GWh (1,0%), soit 26 fois plus. Les principaux producteurs sont à l’ Espagne : 5 593 GWh et les États-Unis : 3 544 GWh  .

En 2008, la puissance installée a été évaluée à environ 431 MW , dont 420 MW en silicium thermodynamique à concentration de type cylindro-parabolique; mi-2013, elle est de 7,5 GW en fonctionnement ou en construction. La concrétisation des scénarios évoqués ci-dessus suppose un déploiement à grande échelle de la capacité thermodynamique à la concentration, à un rythme soutenu, soit en moyenne environ 25 GW de capacité supplémentaire par an. Le marché mondial peut être évalué entre 50 et 100 Md € par an. À court terme, la feuille de route établie par l’ Agence internationale de l’énergie (AIE) pour la thermodynamique à la concentration solaire planifiée que la capacité installée à l’horizon 2020 pourrait atteindre 148 GW .

Parmi les plus anciennes installations on trouve celle d’ Albuquerque aux États-Unis d’une puissance de 5 MW ( 1976 ), celles de Luz Energie solaire située à Kramer jonction et Daggett en Californie d’une puissance totale de 354 MW ( 1985 ) et Solar 2 en Californie ( 1996 ) d’une puissance de 10 MW . En février 2006 , Nevada Solar One d’une puissance de 64 MW a été mise en service à Boulder City , Nevada aux États Unis. En 2010, Andasol I Aldeire près de Grenade en Espagne ( 50 MW ) a été mise en service.

En France, la centrale solaire eLlo de 9 MW est en construction et devrait être mise en service en 2018. Le laboratoire PROMES-CNRS et ses partenaires testeurs de nouveau en 2018 ou 2019 la centrale solaire Thémis reconfigurée. Elle devrait comporter une nouvelle turbine de 1,2 MW et utiliser des particules comme fluide caloporteur et pour le stockage thermique, dans le cadre du projet européen next-CSP .

À travers le monde, d’autres projets sont en cours de réalisation:

  • En Afrique du Sud , trois centrales sont en fonctionnement en 2016: Bokpoort ( 50 MW ), Khi Solar One ( 50 MW ) et KaXu Solar One ( 100 MW ), une quatrième est en construction: Xina Solar One ( 100 MW ) et plusieurs autres sont en développement: Parc solaire de Kathu ( 100 MW ), Ilanga I ( 100 MW ) et Redstone Solar (tour solaire de 100 MW )] .
  • Le Plan Solaire Marocain , ( 2 000 MW ) en 2020  a franchi une première étape avec la mise en service de la centrale solaire Noor ( 160 MW ) en février 2016.
  • Au Chili , trois grandes centrales solaires thermodynamiques sont en projet fin 2017, portées par la société américaine SolarReserve. Ces projets situés à Tamarugal (3 tours solaires , 450 MW ), Copiapo (2 tours solaires, 260 MW ) et Likana ( 390 MW ), représentent un total de 1 100 MW et sont équipés d’une capacité de stockage intégrée de 13 heures (par stockage de fluide caloporteur ). Le projet de Tamarugal, dans la région de Tarapaca, a obtenu le feu vert du gouvernement et sa construction pourrait commencer 2018 s’il vous plaît obtenir un contrat d’achat d’électricité lors de l’appel d’offres d’octobre 2018; Sa production annuelle est estimée à 2 600 GWh . Le projet de Copiapo, à 65 km au nord-est de la ville de Copiapó dans la région d’Atacama, a obtenu toutes les autorisations et est prêt à entrer dans le chantier; il produira 1 800 GWh par an [ 18 ] . Le projet de Likana, dans la région d’Antofagasta, est au stade de demande de permis; avec 3 tours solaires de 130 MW , il produira 2 800 GWh par an .
  • En Algérie , le programme des Énergies Renouvelables Algérien prévoit ( 2 000 MW ) en solaire thermique (CSP) ; des projets d’un total de 1 350 MW sont identifiés  , dont la tour solaire de la nouvelle ville de Boughezoul en Algérie (3 à 7 MW ) .
  • Le Projet Desertec est un projet visant à produire une grande partie de l’électricité des pays d’Afrique du Nord et du Moyen-Orient.

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