Fiche ssolaire thermodynamique integrale

8/18/2019 Fiche ssolaire thermodynamique integrale

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Principe de fonconnement du solaire thermodynamique

C’est à la n du 19ème siècle que les premières expériences,sous leurs formes actuelles, apparaissent dans le domaine du

solaire à concentraon (exposion universelle de 1878). Au20ème siècle, les premiers systèmes paraboliques produisantde la vapeur sont conçus. A la n des années 1970, des projetspilotes de centrales solaires à concentraon se développentaux États-Unis, en Russie, au Japon et en Europe. Lesannées 1980 marquent le début de la construcon en sériede ces centrales dans le désert californien. Aujourd’hui, latechnologie du solaire thermodynamique a considérablementévolué et de nombreux projets y font appel.

L'énegie slaie étant peu dense, il est néessaie de

la nente, ia des iis éeteus, pu btenides tepéatues explitables pu la pdund'életiité. Le aynneent peut ête nenté su unéepteu linéaie u pntuel. Le éepteu absbel'énegie ééie pa le ii et la tansfèe au uidetedynaique. Les systèes à nentan en lignent généaleent un fateu de nentan inféieu àelui des nentateus pntuels.

Le facteur de concentration

Une aatéisque du systèe est sn fateude nentan. ce eient peet d’éaluel’intensité de la nentan slaie : plus le fateu denentan est éleé, plus la tepéatue aeinte seaiptante.

surface du récepteurFacteur de concentraon =

surface du miroir

Les systèmes de concentraon

Concentraon ponctuelle Concentraon linéaire

F i x e s

Centrales à tour Collecteurs Fresnel linéaires

M o b i l e s

Collecteurs paraboliques Collecteurs cylindro-paraboliques

sue : AIE

élistatséepteu

éepteu

iis

ii éeteu

ii éeteu

éepteu/absbeu

éepteu

Le slaie tedynaique est l'une des alisans duaynneent slaie diet. cee tenlgie nsiste ànente le aynneent slaie pu aue un uideà aute tepéatue et pduie ainsi de l’életiité ualiente en énegie des pédés industiels.

Les entales slaies tedynaiques euentune gande aiété de systèes dispnibles tant aunieau de la nentan du aynneent, du ix desuides alpteu et tedynaique u du de destage.


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Syndicat des énergies renouvelables13-15, ue de la Baue75008 PaisTél. : +33 1 48 78 05 60Fax : +33 1 48 78 09 07www.enr.fr

denièe éisin du duent : juin 2012

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D e s i g n g r a p h i q u e : T H I N K U P c o m m u n i c a t i o n é c o - r e s p o n s a b l e ® w w w

. t h i n k u p . f r

Les uides caloporteurs et thermodynamiques

Une producon en connu par lestockage et l'hybridaon

Les systèmes de généraon d’électricité

L’énegie teique penant du aynneent slaielleté est nee gâe à un uide alpteupuis un uide tedynaique. Dans etains as,le uide alpteu est ulisé dieteent euide tedynaique. Le ix du uide alpteudéteine la tepéatue axiale adissible, iente leix de la tenlgie et des atéiaux du éepteu etndinne la pssibilité et la dité du stage.

• L’eau liquide est, a pii, un uide de tansfet idéal.Elle e un exellent eient d’éange et pssèdeune fte apaité teique. En ute, elle peut êteulisée dieteent e uide tedynaiquedans un yle de ranine. cependant sn ulisaniplique de taaille à des pessins tès éleéesdans les éepteus en aisn des autes tepéatuesaeintes, e qui pse pblèe pu les tenlgiesylind-paabliques.

• Les huiles snt des uides npasiques quipésentent un bn eient d’éange. Leu gae

de tepéatue est liitée à enin 400 °c. c’est leuide le plus uaent eplyé dans les entales àlleteus ylind-paabliques.

• Les sels fondus à base de nitates de sdiu et deptassiu ent un bn eient d’éange etpssèdent une densité éleée. Ils snt dn égaleentde tès bns uides de stage. Leu tepéatue de

se peut aeinde 650 °c. Leu assian ae unnentateu à tu et un yle de ranine nstueune binaisn déjà épuée.

• Les gaz tels l’ydgène u l’éliu peuent êteulisés e uides tedynaiques et entaîneles teus Sling qui snt assiés aux lleteuspaabliques.

• Les uides organiques (butane, ppane, et.)pssèdent une tepéatue d’éapan elaeentbasse et snt ulisés e uide tedynaiquedans un yle de ranine.

• L’air peut ête ulisé e uide alpteu ue uide tedynaique dans les tubines à gaz.

• Le stockage : un atut ajeu de etaines tenlgiesslaies tedynaiques est leu apaité destage qui peet aux entales de fnnne ennnu. En eet, lsque l'ensleilleent est supéieu

aux apaités de la tubine, la aleu en suplus estdiigée es un stage teique, qui se eplit auus de la junée. La aleu eagasinée peetde nnue à pduie en as de passage nuageuxainsi qu'à la tbée de la nuit. Plusieus pédésde stage peuent ête ulisés : sel fndu, bétn,atéiaux à angeent de pase, et.

• L’hybridaon ae une sue de aleu fssileu biasse peet d’aîte la dispnibilité desinstallans et de pduie la aleu de anièegaane. Elle faise ainsi la stabilité des éseauxéletiques nanaux et nnentaux.

Plusieus systèes de généan d'életiité sntenisageables : tubine à gaz slaisées, yle de ranineapeu, teu Sling, cyle de ranine ganique, et.Le ix d’un systèe est ndinné pa le type deuide, la tenique de aptage et de stage enisagés.

Les yles de ranine apeu snt, dans l’état atuel destenlgies, les plus lageent déplyés.

Glossaire du solaire thermodynamique

• Solaire thermodynamique : égaleent appeléslaie à nentan u cSP (nentated slapwe), ee tenlgie peet de ne leaynneent slaie diet en életiité ia despessus tedynaiques

• Miroir : égaleent appelé lleteu, apteu,éeteu u nentateu, le ii est lesystèe qui peet de llete et de nentele aynneent slaie

• Fluide caloporteur : égaleent appelé uide detansfet, il est agé de tanspte la aleulletée et nentée pa le ii

• Fluide thermodynamique : appelé égaleentuide de taail, il peet d’anne etd'entaîne les aines (teus, tubines, et.)

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Les diérents types de centrales solaires thermodynamiques

D’une supercie pouvant aeindre plusieurs centaines de milliersde mètres carrés, les centrales solaires thermodynamiques

recouvrent l'ensemble des techniques qui visent à transformerl'énergie rayonnée par le soleil en chaleur à température élevée,puis à converr cee chaleur en énergie électrique. Selon le modede concentraon du rayonnement solaire, une grande variété deconguraons diérentes est possible pour les centrales solairesthermodynamiques. Les applicaons sont diverses : producond'électricité, producon de vapeur pour procédés industrielsou encore appoint solaire pour des installaons ulisant descombusbles biomasse ou fossiles.

Les centrales à collecteurscylindro-paraboliques

Les centrales solaires

à miroir de Fresnel

ce type de entale se pse de angées paallèles delngs iis ylind-paabliques qui tunent autud’un axe izntal pu suie la use du sleil.Les ayns slaies snt nentés su un tube éepteuizntal, dans lequel iule un uide alpteu dntla tepéatue aeint en généal 400 °c. ce uide estensuite ppé à taes des éangeus an de pduie

de la apeu suauée qui anne une tubine u ungénéateu életique.

Un fateu de ût iptant dans la tenlgie deslleteus ylind-paabliques epse su la iseen fe du ee pu bteni sa fe paablique.Une altenae pssible nsiste à appxie la fepaablique du lleteu pa une suessin de iisplans.c’est le pinipe du nentateu de Fesnel. caun desiis peut pite en suiant la use du sleil puediige et nente en peanene les ayns slaieses un tube u un enseble de tubes éepteus linéaiesxes.

En iulant dans e éepteu izntal, le uidetedynaique peut ête apisé puis suaué jusqu’à 500 °c. La apeu als pduite anneune tubine qui pduit de l’életiité. Le yletedynaique est généaleent diet, e qui peetd'éite les éangeus de aleu.


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Les centrales à tour

Un cas parculier : la tour solaire à eet de cheminée

Les centrales à capteurs paraboliques

Les entales slaies à tu snt nstuées de nbeuxiis nentant les ayns slaies es une audièesituée au set d'une tu. Les iis uniféentépas snt appelés élistats. caque élistat estientable, et suit le sleil indiiduelleent et le ééitpéiséent en dien du eeeu au set de latu slaie.Le fateu de nentan peut dépasse 1000, e qui

peet d'aeinde des tepéatues iptantes, de600 °c à 1000 °c. L’énegie nentée su le eeeuest ensuite sit dieteent tansféée au uidetedynaique (généan diete de apeuentaînant une tubine u auage d’ai alientantune tubine à gaz), sit ulisée pu aue un uidealpteu inteédiaie. ce liquide alpteu estensuite enyé dans une audièe et la apeu génééeanne des tubines. Dans tus les as, les tubinesentaînent des altenateus pduisant de l'életiité.

Ayant la êe fe que les paables de éepnsatellite, les apteus paabliques fnnnent d'uneanièe autne. Ils s’ientent autaqueentet suient le sleil su deux axes an de ééi etde nente les ayns du sleil es un pint denegene appelé fye. ce fye est le éepteu dusystèe. Il s’agit le plus suent d’une eneinte feéentenant du gaz qui est nté en tepéatue susl'eet de la nentan. cela entaîne un teu Slingqui net l’énegie slaie teique en énegieéanique puis en életiité.Le appt de nentan de e systèe est suent

supéieu à 2000 et le éepteu peut aeinde unetepéatue de 1000 °c.Un de leus pinipaux aantages est la dulaité : ilspeuent en eet ête installés dans des endits islés,nn adés au éseau életique. Pu e type desystèe, le stage n'est pas pssible.

Dans e nept, les ayns slaies ne snt pasnentés. L'ai est aué pa une sufae de aptageslaie fée d’une uetue tanspaente et agissant

e une see. L’ai aud étant plus lége, il s'éappepa une gande einée entale. La diéene detepéatue ente la pae basse et la pae aute de laeinée dnne lieu à un déplaeent pepétuel de l’ai(pénène de la nen natuelle). cee iuland’ai peet als à des tubines situées à l’entée de laeinée de pduie de l’életiité.Le pinipal aantage de e systèe est qu’il peut fnnnesans inteiene en ulisant le aynneent du sleil le ju et la aleu eagasinée dans le sl la nuit. lleteu tubines

tu

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c . E .



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Les perspecves du solaire thermodynamique

La technologie du solaire thermodynamique ulise unesource renouvelable et possède un potenel de ressourcestrès important dans les régions à ensoleillement intense.

L’Agence Internaonale de l’Énergie (AIE) prévoit unecontribuon de cee technologie à hauteur de 11,3 % de laproducon d’électricité mondiale à l’horizon 2050. Avec plusde 1 000 000 MW de capacité installée, les centrales solairesthermodynamiques pourraient fournir une produconélectrique de 4 770 TWh par an. L’Estela (Agence européennedu solaire à concentraon) prévoit un objecf européende 30 000 MW de capacité installée et de 89,8 TWh/an deproducon d’électricité en 2020.

Le potenel, les ressources

Les znes les plus faables à l'ulisan de l'énegieslaie nentée snt elles ù l'ensleilleent dietest supéieu à 1 900 W/2/an. Les égins adaptéessnt tès nbeuses et eèlent un ptenel tèsiptant. Elles se situent pinipaleent en Afique duNd et septentinale, au Pe et myen-oient, enAustalie, dans le sud-uest des États-Unis, en Inde uene en Asie entale.

En Fane, seul l’ensleilleent diet du putuéditeanéen peet d’enisage des pjets su leteitie nanal.

« Couvrir 0,3 % de la surface des désertssurait à produire l'électricité nécessaire à

l'ensemble de l'humanité » seln les expets du pjet Desete

Zones les plus favorables à l'ulisaon de l'énergie solaire à concentraonsue : Sne et Geye, 2001


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Plan solaire méditerranéen (PSM)

ce pgae, lané le 13 juillet 2008 pa l’Unin pula méditeanée (UPm) a pu bjef de peee auxpays situés su le putu éditeanéen, en Afique duNd et au Pe-oient, de déelppe une pdun

d’életiité d’igine enuelable pa la nstun deapaités addinnelles de pdun d’életiité basabne, et ntaent slaie d’une puissane ttalede 20 000 mW à l’izn 2020. Le ft ptenel slaiede es pays peeait d’appisinne, en életiité àfaible ntenu co₂, le aé lal et d’en expte unepae es les pays eupéens, fteent deandeusd’életiité. Pu ee en œue es bjefs, denbeux pays se snt dtés de plans slaies nanaux.

Medgrid

Le pjet medgid s’insit dans le ade du Plan Slaie

méditeanéen. cee iniae industielle a pu bjetd’étudie la faisabilité d’un éseau de tanspt del’életiité ente les ies nd et sud de la méditeanéeet le déelppeent des intennexins autu du bassinéditeanéen. En eet, aeine l’életiité pduitepa les entales déelppées dans le ade du PSmes les znes de nsan néessite de nuellesinfastutues de tanspt et d’intennexin eliantles sites de pdun aux éseaux laux et à l’Eupe,ntaent pa des lignes sus-aines à uant nnuaute tensin (cchT).

Desertec

Inié en 2009, le pjet Desete ise à explite lesptenels énegéques des désets du myen-oient etd’Afique du Nd, gâe à un aste éseau de entalesslaies à nentan et de pas éliens. L’bjef deee iniae industielle est de faie pée l’Eupe,le myen-oient et l’Afique du Nd an de pduie del’életiité et de l’eau due. D’ii 2050, 15 % des besinsen életiité de l’Eupe et une gande pae de eux despays pduteus puaient ête assués.

Les applicaons d'aujourd'huiet de demain

Des projets ambieux

Au-delà des applians atuelles (pdund'életiité, appint slaie de entales, pdun deapeu pu pédés industiels), la tenlgie slaietedynaique pua, dans les paines années,ête eplyée pu d’autes usages et applians.

Appoint solaire (ou « booster »)

La slun d'appint slaie nsiste à installe un apslaie à pxiité d'une entale biasse u fssile ande éduie la nsan de busble.cee slun ybide la sue en bénéiant du« pwebl » de la entale.

Procédés industriels

De nbeuses industies ulisent des pédés faisantappel à la aute tepéatue : stéilisan, auage,uissn, taiteent teique, fusin, disllan,blanisseent, et.

cetaines tenlgies slaies tedynaiques etntaent les lleteus ylind-paabliques etiis de Fesnel snt apppiées pu es applians.Elles peuent ête enisagées dans le as d’une installanuant une gae enèe d'industies ulisant despédés aute tepéatue.

Dessalement

Le dessaleent est le pessus de tansfan del'eau de e en eau ptable. Les égins suant leplus d’une pénuie d’appisinneent en eau ptablesnt suent elles qui eçient les gandes quantés

de adian slaie. Pae qu’il est pable ae desznes audes et sèes, le slaie tedynaiquepua ête is à ntibun pu dessale l’eau de ede es pays en iniisant l’ipat eninneental de epédé pa appt aux tenlgies atuelles.

Carburants solaires

Le déelppeent et la eee puaient peee,dans les paines années, la pdun de abuantsslaies. La pdun d’ydgène pa sépaanteiique de l’eau puait ête peise pa lesautes tepéatues funies pa les systèes slaies à

nentan.



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Le solaire thermodynamique en Europe et dans le monde

L’énergie solaire est inépuisable et ne produit ni déchetni gaz à eet de serre. Parculièrement bien adaptée auxpays dont l’ensoleillement direct est intense, la technologiedu solaire thermodynamique est amenée à se développer

considérablement durant les prochaines années et àcontribuer aux objecfs européens de 20 % d’énergiesrenouvelables à l’horizon 2020.Les régions favorables recèlent un potenel très importantde producon d’électricité et les centrales solairesthermodynamiques y représentent une opon technologiquemajeure pour un approvisionnement énergéque écologique.

En septebe 2011, n eensait une apaité ndialede slaie tedynaique d’enin 1 475 mW.L’Espagne et les États-Unis nentent la quasi-ttalitédes entales tedynaiques en aité. Ils sntles seuls à eialise atuelleent de l’életiitépenant du slaie à nentan.Plus de 3 000 mW snt égaleent en nstunet pès de 13 700 mW nt été annnés en pjets à

taes le nde.

Le marché mondial

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S A N D I A

Capacité solaire thermodynamique installée en septembre 2011sues : AIE, SEr, Ptesla

Espagne900 mW

États-Unis506 mW

Algérie20 mW

Maroc20 mW

Égypte20 mW

Australie3 mW

Italie5 mW

France2 mW

Mexique12 mW

Espagne320,5 mW

Portugal13 mW

France12 mW

Italie55 mW

Grèce88 mW

Israël440 mW

Algérie215 mW

Australie250 mW

Chine381 mW

Inde250 mW

Jordanie100 mW

Afrique du Sud100 mW

Egypte100 mW

Maroc125 mW

Capacité solaire thermodynamiqueen cours de construcon au 1er janvier 2011sues : AIE, SEr

Capacité solaire thermodynamique en projet en septembre 2011sues : AIE, SEr

Espagne1 300 mW

États-Unis1 312 mW

Iran17 mW

Émirats-Arabes-Unis100 mW

Inde250 mW

Australie44 mW

États-Unis7 001 mW

Tunisie2 200 mW

Soudan2 000 mW


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Réparon des capacités selon les technologies en 2011

Les entales slaies à lleteus ylind-paabliquesepésentent 96 % des entales atuelleent en aité.c’est égaleent la tenlgie piilégiée pu la plupatdes entales en nstun et en pjet. cee tenlgiebénéie, en eet, du etu d’expéiene des entales SEGS(Sla Enegy Geneang Systes) en califnie, en péandepuis bientôt 30 ans.Il existe égaleent plusieus exeples de entales cpat

Linea Fesnel (cLFr) dans le nde :aux États-Unis ae la entale teique de kibelina(5 mW), à Liddell en Austalie ( 3mW) u ene à muia enEspagne (1,4 mW).La tenlgie des entales à tu est pésente en Espagne,à Séille, ae les entales PS10 et PS20 de puissanesespees de 10 mW et 20 mW, ainsi qu'aux États-Unis aela Siea Sun Twe de 5 mW, u ene en Alleagne ae laentale expéientale de Jüli de 1,5 mW.

La France : la centrale Themis

Inauguée en 1983 à Tagasnne dans les Pyénéesoientales, la entale Teis nstue als une éitableéféene intenanale en aèe de nesin del'énegie slaie en életiité. Feée en 1986 puaisns éniques, elle enaît aujud’ui gâe à deuxpjets : Téis-Pv (Ptltaïque) et Pégase (Pdund'életiité pa tubine à gaz et énegie slaie).

Ainsi, la ié aute des élistats a été équipée depanneaux ptltaïques, en ue de pduie dieteentde l'életiité injetée su le éseau publi. L'aute ié estnsaée au pjet de eee Pégase : les 100 élistatsnt nente les ayns du sleil es la tu entaleexistante ù iulea de l'ai. ce pjet peea deene des taaux de r&D su la tenlgie du slaie ànentan.

L’péan pilte de la entale Teis a peis à laFane d’ête pinnièe dans le daine du slaietedynaique. ries de ee expéientan, lesateus fançais de la lièe dispsent aujud’ui d’atutsinntestables pu expte leus sai-faie et sepsinne su le aé intenanal.

© P A U L r o m m E r / I S T o c k P h o

T o

© X A v I A T E U r

Réparon des capacités opéraonnelles / en construcon / en projet par technologie en septembre 2011sues : AIE, SEr

Cylindro-paraboliques95,6 %Tour solaire3,7 %

Fresnel0,6 %

Parabolique0,1 %


Fresnel10,7 %

Parabolique0 %


Fresnel17 %

Parabolique1,1 %

opéraonnel en construcon en projet

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