Les centrales solaires thermodynamiques : l’électricité verte qui tombait du ciel !

Les centrales thermodynamiques – aussi appelées centrales solaires à concentration de leur petit nom anglosaxon – utilisent des miroirs pour capter et concentrer l’énergie du soleil afin d’actionner des turbines qui créent de l’électricité. L’énergie thermique concentrée dans une centrale thermodynamique peut être stockée et utilisée pour produire de l’électricité quand on en a besoin, de jour comme de nuit. Aujourd’hui on ne compte qu’une seule de ces centrales en France – située à Llo dans les Pyrénées Orientales.

On ne se plaindra pas de n’en avoir qu’une : en effet cette technologie est en pleine croissance mais encore assez peu utilisée. Aux US – qui sont les plus avancés en la matière – elle en compte encore que pour 0,07% de la consommation électrique fédérale. Mais c’est déjà un très bon début, et pour donner une perspective, l’Agence Internationale de l’Energie estime qu’elle devrait représenter 11% de la production électrique mondiale d’ici 2050 ! Alors dans notre dossier qu’est ce que l’énergie solaire , voici un petit focus sur les centrale à concentration du rayonnement solaire ! Attention ca chauffe

Les différents types de centrales thermodynamiques

Les centrales cylindro-paraboliques

Les systèmes cylindro-paraboliques utilisent des miroirs incurvés pour concentrer l’énergie du soleil sur un tube récepteur qui se trouve au centre du miroir. Pour être plus clair, ce dernier est incurvé sur un demi arc de cercle autour du tube qui contient le fluide caloporteur. Dans le tube récepteur, un fluide caloporteur à haute température (comme une huile synthétique) absorbe l’énergie solaire, atteignant des températures de 1000 degrés ou plus, et passe dans un échangeur de chaleur pour chauffer de l’eau et produire de la vapeur. La vapeur alimente un système conventionnel de turbine à vapeur pour produire de l’électricité – comme une centrale nucléaire. Un champ de capteurs solaires typique contient des centaines de rangées parallèles de miroirs incurvés reliées par une série de boucles, placées sur un axe nord-sud afin que les paraboles puissent suivre le soleil d’est en ouest. Les modules de capteurs individuels ont généralement une hauteur de 5 à 6 mètres et une longueur de 90 à 120 mètres.

Les collecteurs linéaires de Fresnel

Cette filière est simple et peu coûteuse. Les collecteurs sont des miroirs en bandes parallèles disposés à plat et près du sol concentrant les rayons sur des tubes récepteurs fixes. L’eau, portée à 100 bars et à 500°C, est utilisée comme fluide caloporteur et comme fluide de travail sans les turbines. Si ces systèmes sont moins chers, ils sont encore récent et n’existent pour le moment qu’a l’état de démonstrateur. Mais étant moins cher ( là je pense que vous l’aurez comprit), ils sont aussi étudiés pour produire des systèmes de vapeur sous pressions pour l’industrie : les machines et fours ne seraient plus électriques mais à vapeur….. merveilleux non ?

Les tours solaires

Les systèmes de tour solaires utilisent un système de récepteur central, qui permet des températures de fonctionnement plus élevées et donc des rendements plus importants pour un coût de construction inférieur. Des miroirs commandés par ordinateur (appelés héliostats) suivent le soleil le long de deux axes et concentrent l’énergie solaire sur un récepteur situé au sommet d’une haute tour. L’énergie focalisée est utilisée pour chauffer un fluide de transfert entre 600 et 1000 degrés) afin de produire de la vapeur et de faire fonctionner un générateur central d’électricité. Le stockage de l’énergie peut être incorporé facilement et efficacement dans ces projets, ce qui permet de produire de l’électricité 24 heures sur 24 car la réserve de fluide chauffé est centralisée dans la tour et ne circule donc pas sur une longue distance de panneaux.

Système parabolique plat

Des miroirs sont répartis sur la surface d’une parabole pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur fixé au point focal. Contrairement à d’autres technologies CSP qui utilisent la vapeur pour créer de l’électricité via une turbine, un système de moteur parabolique utilise un fluide de travail tel que l’hydrogène qui est chauffé à 700° C dans le récepteur pour entraîner un moteur. Chaque antenne tourne autour de deux axes pour suivre le soleil et produit l’électricité directement avec son moteur. Couteuse cette technologie à du mal à percer.

Principales exigences pour les centrales solaires à concentration

• Financement – Le principal défi pour toute installation de production d’énergie à l’échelle d’un service public, y compris les centrales solaires à concentration, est le financement du projet.
• Zones à fort rayonnement solaire – Pour pouvoir concentrer l’énergie du soleil, celle-ci ne doit pas être trop diffuse. Ceci est mesuré par l’intensité normale directe (DNI) de l’énergie solaire
• Une relativement grande surface de terrain avec une couverture nuageuse limitée – Une centrale solaire à concentration fonctionne de manière plus efficace, et donc plus rentable, lorsqu’elle est construite pour une puissance minimum de 100 MW. Bien que les besoins en terrain varient selon la technologie, une centrale thermodynamique typique nécessite 2 à 4 hectares de terrain par MW de capacité. Les terrains plus grands permettent en outre de stocker l’énergie thermique pour un fonctionnement la nuit. Mais le bébé vous prendra déjà environ 200 à 400 hectares… Ce n’est pas rien!
• Accès aux ressources en eau – Comme les autres centrales thermiques, telles que les centrales au gaz naturel, au charbon et les centrales nucléaires, la plupart des systèmes CSP nécessitent un accès à l’eau pour le refroidissement. Tous ont besoin de petites quantités d’eau pour laver les surfaces des capteurs et des miroirs. Les centrales CSP peuvent utiliser des techniques de refroidissement humide, sec et hybride pour maximiser l’efficacité de la production d’électricité et la conservation de l’eau.
• Accès au réseau de transport disponible et proche – Les centrales solaires à concentration doivent être implantées sur des terrains adaptés à la production d’électricité, avec un accès adéquat à un réseau de transport électrique – un peu comme les centrales nucléaires. L’accès aux lignes à haute tension est essentiel pour le développement de projets d’énergie solaire à l’échelle industrielle, afin de transporter l’électricité de la centrale solaire aux utilisateurs finaux.