Le soleil
Les centrales solaires thermodynamiques : démultiplier une énergie abondante
Le 14/09/2010Contrairement à la production directe d’électricité par cellules photovoltaïques,
la production d’électricité en centrale solaire thermodynamique se décompose en
deux phases distinctes : le rayonnement solaire est tout d’abord concentré
et converti en chaleur à haute température ; puis cette chaleur est utilisée dans un cycle thermodynamique pour entraîner une turbine (en général une turbine à vapeur) et le générateur électrique qui lui est associé. Différents types de centrales solaires permettent d’atteindre des températures très élevées.
Une centrale traditionnelle… sans combustible
La production d’électricité dans une centrale solaire thermodynamique suit le même principe que les autres transformations de chaleur en électricité (centrales thermiques, centrales nucléaires…).
Il s’agit de transformer la chaleur en énergie mécanique (capable de générer un mouvement), puis d’utiliser celle-ci pour faire tourner une turbine, laquelle entraîne à son tour un alternateur qui produit de l’électricité. La différence est qu’aucun combustible n’est employé pour obtenir la vapeur : c’est le soleil qui chauffe le fluide caloporteur (capable de faire circuler sa chaleur dans le circuit de distribution : eau, gaz, huile). Ses rayons sont concentrés vers un point, à la manière d’une loupe qui enflamme du papier.
Pour leur assurer une bonne rentabilité, on implante ces centrales solaires en priorité dans des zones disposant de :
• beaucoup de soleil pendant la plus grande partie de l’année : sud de l’Europe (Portugal, Espagne), Australie, Californie ;
• une bonne transparence de l’air pour qu’aucune particule ne dévie le rayonnement solaire (faible humidité, absence de pollution) : zones désertiques et éloignées des grands centres urbains ;
• un grand espace libre pour installer miroirs ou paraboles sur une surface importante : il faut en effet 2 hectares pour produire un mégawatt ;
• une zone plate pour faire des économies de pompage du fluide caloporteur ; il est en effet moins coûteux de chercher de l’eau et de la faire circuler en plaine que dans une zone montagneuse ;
• un réseau électrique proche auquel transmettre l’électricité produite.
un point, à la manière d’une loupe qui enflamme du papier.
Un des inconvénients des centrales solaires est qu’elles ne fonctionnent que le jour.
Pour assurer un fonctionnement continu des centrales solaires thermodynamiques,
on peut stocker du fluide caloporteur chaud dont on se servira la nuit. Ou encore accepter
de recourir à des carburants fossiles (gaz, charbon…) une fois le soleil couché. Cette solution réduisant en partie les effets bénéfiques de la centrale en termes environnementaux.
à 120 km au sud-ouest d'Abu Dhabi, elle couvrira une superficie
de 2,5 kilomètres carrés et sera dotée d'une capacité de 100 mégawatts (MW) grâce à ses 768 miroirs paraboliques.
Des températures de 500 à 800 °C
Il existe 3 types de centrales solaires, en fonction de la méthode de focalisation (concentration) des rayons solaires. Chacune permet d’atteindre les très hautes températures favorables au rendement : de 400 à 800 °C.
• Les centrales à collecteurs cylindroparaboliques
Ce sont des alignements parallèles de longs miroirs en forme d’auges paraboliques qui tournent autour d’un axe horizontal pour suivre la course du soleil tout au long de la journée, à la façon des tournesols. Les rayons solaires sont concentrés sur un tube horizontal noir (pour mieux absorber la chaleur) où circule le fluide caloporteur (huile, air, sodium liquide). Le fluide est ensuite dirigé vers l’unité centrale de l’usine où il va chauffer de l’eau grâce à un échangeur de chaleur. L’eau transformée en vapeur peut alors entraîner une turbine qui, à son tour, entraîne un alternateur, lequel produit l’électricité. Dans ce type de centrale – le plus fréquent –, la température du fluide monte jusqu’à environ 400 °C. Pour produire de la vapeur après le coucher du soleil, le relais peut être assuré par du gaz. Sur une durée de quelques heures, on peut aussi restituer la chaleur accumulée au cours de la journée dans un réservoir de sels fondus.
• Les centrales à tour
Elles comprennent un ensemble de miroirs orientables situés au sol qui concentrent le rayonnement solaire sur une chaudière située en haut d’une tour. Dans la chaudière circule un fluide caloporteur qui va être porté à haute température grâce à ce rayonnement. La vapeur ensuite générée va, à son tour, entraîner des turbines pour produire de l’électricité.
• Les centrales à collecteurs paraboliques
Ces centrales sont constituées d’un ensemble de collecteurs paraboliques d’un diamètre
de 10 à 20 mètres (de forme similaire à des antennes radar). Chaque collecteur s’oriente vers le soleil à la manière d’un tournesol et concentre ses rayons sur son point focal équipé d’une
mini-centrale électrique. La température obtenue atteint 800 °C. La mini-centrale produit de l’électricité grâce à un moteur "Stirling" qui fonctionne non pas avec du carburant, mais grâce à un apport de chaleur extérieur. Au point d’arrivée de la chaleur, le gaz du moteur se dilate avant de se contracter en un point plus froid. Ces deux phases d’expansion et de contraction entraînant les pistons et donc le mouvement recherché.
des centrales solaires.
En 1970, le four d'Odeillo, près de Font-Romeu (Pyrénées-Orientales) est mis en service. Il comporte 63 héliostats plans (miroirs qui suivent la course du soleil) de 45 mètres carrés dirigeant leurs faisceaux de lumière sur un réflecteur parabolique de 40 mètres de haut et 54 mètres de large. Le réflecteur envoie à son tour un flux de chaleur vers un foyer situé à 18 mètres devant lui.
Par les expérimentations qu’il a permis, le four d’Odeillo est à la base des centrales solaires actuelles, mais également d’applications domestiques.
