Solaire thermodynamique : production d’électricitéà Cadarache
Un démonstrateur de la technologie solaire thermodynamique de Fresnel a été conçu et installé sur le centre CEA de Cadarache pour la société Alsolen (groupe ALCEN).
C’est actuellement la seule installation de ce type à fournir de l’électricité en France. “Nous visons le marché des réseaux isolés ou semi-isolés, qui demande des centrales de moyenne puissance, soit jusqu’à 20 MW” a expliqué Nadim El Mourchid, responsable projet chez Alsolen.
Au-delà du champ de miroirs, le récepteur contient de nombreuses innovations du CEA pour abaisser le coût de revient de l’électricité produite. Il s’affranchit en particulier du fragile tube de verre sous vide qui entoure les récepteurs des centrales à miroirs cylindro-paraboliques déjà installées.
En guise de caloporteur, cette centrale utilise de l’huile portée à«moyenne température»–300 °C tout de même…– qui va vaporiser non pas de l’eau mais un fluide organique. Ce dernier, en se détendant, alimente une turbine et produit de l’électricité. Ce cycle, appelé«cycle organique de Rankine », tourne à moyenne température et nécessite peu de ressources en exploitation. Alors que les turbines à vapeur « classiques », conçues pour les fortes puissances, fonctionnent à des températures bien plus élevées et requièrent des équipes d’exploitation beaucoup plus contraignantes.
Enfin, la centrale Alsolen stocke la chaleur dans un unique réservoir à lit de roche directement alimenté par l’huile caloporteuse (voir fin de l’article).
«La possibilité de stocker l’énergie thermique à moindre coût fait la différence avec le photovoltaïque car la production électrique est assurée y compris après le coucher du soleil, lorsque les utilisateurs en ont le plus besoin» a indiqué le responsable projet. De plus, afin de rentabiliser encore mieux l’investissement que représente une telle installation, Alsolen mise sur le « multi-therme ». En clair : “à la sortie du turbo-alternateur, le fluide caloporteur est encore très chaud, aussi le CEA et Alsolen développent-ils des solutions destinées à exploiter cette chaleur résiduelle, que ce soit en dessalant de l’eau de mer ou en fabricant… du froid via la climatisation.“
Parallèlement, les mêmes partenaires développent la technologie Alsolen SUP. Il s’agit cette fois de centrales de forte puissance – au-delà de 50 MWe – mais utilisant elles aussi des miroirs de Fresnel. Le fluide caloporteur sera directement de la vapeur d’eau surchauffée, portée à 450 °C et 110 bars de pression. La contruction du prototype sera achevée à Cadarache en fin de premier trimestre 2013 et il démarrera dans la foulée.
Afin de se positionner sur cette technologie, le CEA-Liten a constitué une équipe, l’une des plus importantes en Europe sur la thématique, aux compétences diverses – thermique mais aussi optique, mécanique ou encore traitement de surface pour les capteurs – et s’est doté d’installations de vieillissement artificiel des capteurs et d’un site ensoleillé pour implanter des démonstrateurs.
De plus, via sa collaboration avec la fondation marocaine Mascir, son équipe peut tester en grandeur réelle le vieillissement du matériel soumis au sable, au vent et à la chaleur du désert.
Stockage : le graal du solaire thermodynamique
Avec le développement des centrales solaires thermodynamiques, de nouveaux dispositifs de stockage voient le jour et font l’objet d’une R&D importante. À ce titre, les équipes du CEA analysent différents matériaux pour en déterminer les propriétés physiques thermiques, la tenue dans le temps et la compatibilité avec les fluides caloporteurs. Plusieurs installations expérimentales sont à leur disposition comme la boucle CLAIRE à Grenoble. Dédiée aux hautes températures (supérieures à 500 °C) avec de l’air comme fluide caloporteur, elle est déjàà l’échelle semi-industrielle avec des capacités de stockage (10 m3) et des puissances thermiques (1 MW) significatives.
De même, l’installation STONE, préfiguration de la centrale solaire de Cadarache, permet d’étudier en détail le parcours d’un fluide caloporteur dans un lit de roche grâce à une instrumentation très fine (220 mesures de température pour 3 m3 de stockage).
Parcours que résume Patrice Tochon du CEA-Liten : “Envoyé chaud dans un réservoir de stockage, le fluide cède progressivement sa chaleur aux cailloux, du haut vers le bas, puis ressort froid ; lorsque les rayons solaires ne sont plus suffisants pour apporter de l’énergie à la centrale, le fluide est injecté de froid en bas du réservoir, se réchauffe au contact du lit de roche puis est récupéré en haut du réservoir pour produire de l’électricité…“
Photos : P. Avavian / CEA
[ src : defi du CEA n° 174 ]
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