Les énergies renouvelables : état des lieux et perspectives

Le solaire thermodynamique à concentration

Définition

Une centrale solaire thermodynamique à concentration (ou centrale solaire thermique ou encore heliothermodynamique, en anglais CSP pour Concentrating Solar Power Plant) est une centrale qui concentre les rayons du Soleil à l'aide de miroirs afin de chauffer un fluide caloporteur qui permet en général de produire de l'électricité.

Les éléments constitutifs principaux d'une centrale solaire thermodynamique sont :

  • un dispositif optique de concentration du rayonnement solaire

  • un système de production de chaleur composé d'un récepteur, d'un fluide caloporteur et éventuellement d'un moyen de stockage

  • un sous système de conversion de la chaleur en électricité.

On distingue différents types de centrales solaires thermodynamiques selon comment s'opère la focalisation de la lumière du Soleil

  1. la focalisation des rayons lumineux sur un point (on atteint ainsi des températures de 500°C - 1200°C) telles que :

    • les centrales à tours, basées sur le principe de concentration du rayonnement solaire par des héliostats sur un récepteur solaire en haut d'une tour. La concentration de l'énergie solaire permet de chauffer à haute température liquide caloporteur qui est envoyé dans une chaudière pour transformer de l'eau en vapeur. La vapeur fait tourner des turbines qui entrainent des alternateurs produisant de l'électricité.

    • les centrales à disques paraboliques, basées sur le principe de focalisation en un point récepteur du rayonnement solaire.

  2. la focalisation des rayons lumineux sur une ligne (250°C - 500°C) telles que :

    • les centrales à capteurs linéaires de Fresnel, basées sur le principe de focalisation sur un axe (tube récepteur) du rayonnement solaire grâce à des miroirs plans linéaires parallèles qui peuvent chacun pivoter autour d'un axe horizontal de façon à suivre la course du Soleil

    • les centrales à capteurs cylindro-paraboliques, basées sur le principe de focalisation sur un axe (tube récepteur) du rayonnement grâce à des miroirs cylindro-paraboliques.

(Source Ademe).

Ainsi, les hautes températures obtenues nécessitent que le système soit réalisé avec des matériaux résistants.

Les différents types de centrales solaires thermodynamiques
Les différents types de centrales solaires thermodynamiquesInformationsInformations[1]

Le recours aux moyens de production électrique solaire thermodynamique à concentration est propice aux régions à fort ensoleillement direct (voir figure ci-dessous). En effet, basé en grande majorité sur des technologies à concentration, le solaire thermodynamique ne permet de tirer parti que du rayonnement solaire direct ("Rayonnement total" = "Rayonnement direct" + "Rayonnement diffus").

Une exception concerne cependant l'utilisation des capteurs à tubes sous-vide qui s'affranchissent de la nécessité de concentrer le rayonnement solaire et tirent aussi parti d'une partie du rayonnement diffus.

La carte suivante présente plus particulièrement les régions à fort ensoleillement propices à l'implantation du solaire thermodynamique. Hormis sur quelques zones très restreintes, l'ensoleillement direct français n'est pas suffisant pour envisager des projets aujourd'hui économiquement viables sur le territoire national. Dans les zones les plus favorables à l'utilisation de l'énergie solaire concentrée (Sud de la Méditerranée, Australie), l'ensoleillement direct est supérieur à 2000 kWh/m²/an.

(Source Ademe).

Irradiation Normale Directe
Irradiation Normale DirecteInformationsInformations[2]

Les principaux marchés sont :

  • la production d'électricité de masse (plusieurs MW à plusieurs dizaines de MW)

  • la production d'électricité en zones mal interconnectées ou isolées

  • l'industrie :

    • soit pour combler leurs besoins en électricité

    • soit dans le cadre d'industriels implantés en réseaux isolés ou mal interconnectés cherchant à sécuriser leur approvisionnement en énergie.

(Source Ademe).

  1. Source : Ademe http://www2.ademe.fr/servlet/KBaseShow?sort=-1&cid=96&m=3&catid=25243#

  2. Source : http://www.dlr.de/tt/Portaldata/41/Resources/dokumente/institut/system/projects/reaccess/DNI-Atlas-SP-Berlin_20090915-04-Final-Colour.pdf

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