Les centrales solaires thermodynamiques produisent de l'électricité et de la chaleur pour diverses industries, comme le dessalement de l'eau, la récupération du pétrole, etc. Le Bureau des technologies solaires (SETO) du Département de l'Énergie des États-Unis soutient la recherche sur les centrales solaires thermodynamiques afin d'améliorer leurs performances, de réduire leurs coûts et d'accroître leur fiabilité. Au cours de la dernière décennie, le coût de l'électricité produite par ces centrales a diminué de plus de 5 %, grâce à des systèmes plus performants et à un recours accru au stockage d'énergie thermique, permettant une production d'énergie solaire continue. Le SETO vise à réduire encore les dépenses liées aux centrales solaires thermodynamiques à 0.05 $ par kilowattheure pour les installations de base disposant d'une capacité de stockage d'énergie thermique d'au moins 12 heures.
Les centrales solaires thermodynamiques à concentration sont généralement utilisées dans des projets de grande envergure , appelés centrales CSP à l'échelle industrielle, et offrent diverses configurations. Les systèmes à tour solaire utilisent des miroirs disposés en cercle autour d'une tour centrale, qui fait office de récepteur.
Configuration du système d'énergie solaire thermique à concentration
Les centrales solaires thermodynamiques à concentration (CSP) permettent de capter l'énergie solaire pour produire de l'électricité en convertissant la lumière du soleil en énergie cinétique grâce à des turbines . Ces technologies peuvent également être utilisées pour fournir de la chaleur à diverses applications industrielles telles que le traitement des minéraux, le dessalement de l'eau, l'industrie agroalimentaire, l'amélioration de la récupération du pétrole et la production chimique.
Voir aussi : Qu’est-ce qu’un capteur solaire thermique ?
Fonctionnement du CSP
Le fonctionnement d'une centrale solaire thermodynamique à concentration repose sur l'utilisation de miroirs pour concentrer l'énergie solaire sur un récepteur et la transformer en chaleur. Cette chaleur est ensuite convertie en vapeur pour actionner une turbine et produire de l'électricité. La capacité de stockage de cette centrale la rend adaptée à l'utilisation des énergies renouvelables, permettant de stocker l'énergie nécessaire pour les périodes de faible ensoleillement.
Les systèmes CSP peuvent être combinés à d'autres sources d'énergie pour former des centrales hybrides. Ils peuvent être associés à des centrales thermiques utilisant des combustibles comme le charbon, le gaz naturel ou les biocarburants.
Il existe quatre technologies CSP :
- Systèmes de paraboles paraboliques : Les antennes paraboliques concentrent la lumière du soleil sur un récepteur doté d'un système de suivi, générant des températures élevées adaptées aux réacteurs solaires.
- Systèmes d'auges paraboliques:Les réflecteurs courbés concentrent l'énergie solaire sur un tuyau récepteur contenant de l'huile thermique, la chauffant pour produire de l'électricité.
- Systèmes de tours électriques : Des miroirs ou héliostats suivent et concentrent la lumière du soleil sur un récepteur au sommet d'une tour, chauffant un fluide qui est souvent constitué de sels fondus, pour générer de la vapeur pour une turbine
- Systèmes de Fresnel linéaires : Des rangées de miroirs plats au sol réfléchissent la lumière du soleil vers un tuyau récepteur, similaire aux systèmes à auges et à tours, avec un potentiel d'intégration de stockage.
PV contre CSP
La principale distinction entre le solaire photovoltaïque et le solaire CSP réside dans leurs méthodes de production d’énergie électrique.
Les centrales solaires thermiques à concentration utilisent différentes configurations de miroirs pour capter l'énergie solaire et actionner un moteur thermique afin de produire de l'électricité. À l'inverse, les panneaux solaires photovoltaïques utilisent directement la lumière du soleil et la convertissent en électricité.
Contrairement aux cellules CSP, les cellules photovoltaïques absorbent la lumière, stimulant ainsi les électrons pour générer un courant. Ce courant continu (CC) est ensuite capté et converti en courant alternatif (CA) par des onduleurs pour être distribué sur le réseau électrique.
Les systèmes CSP excellent dans le stockage d'énergie grâce aux technologies de stockage d'énergie thermique (TES), permettant une production d'électricité même en l'absence de soleil. À l'inverse, les systèmes PV ne peuvent pas stocker d'énergie thermique car ils dépendent de la lumière directe du soleil et non de la chaleur. Par conséquent, les systèmes CSP sont plus performants en matière de stockage d'énergie et offrent un rendement global supérieur.
À lire également : Qu’est-ce que le photovoltaïque à concentration ?
Avantages et inconvénients du CSP
Les avantages du CSP sont :
- C'est une source d'énergie renouvelable et durable qui limite son empreinte carbone. Contrairement aux combustibles fossiles, l’énergie solaire concentrée exploite les ressources naturelles de la Terre, ce qui est bénéfique pour l’environnement et répond aux besoins de la planète. le changement climatique.
- Le CSP assure une alimentation électrique constante par rapport au solaire photovoltaïque et à l'éolien grâce au stockage d'énergie dans des sels fondus, garantissant la fiabilité.
- Une intégration facile dans les centrales électriques existantes, même celles utilisant des combustibles fossiles, permet coûts d'exploitation réduits que les alternatives nucléaires et à base d’hydrocarbures.
- CSP, combiné à d'autres sources d'énergie, améliore la sécurité du réseau et répond aux besoins futurs en électricité. De plus, il facilite la récupération du pétrole en produisant de la vapeur pour concentrer le pétrole lourd et faciliter son pompage.
- Le CSP a le potentiel de servir de forme d'énergie portable, comme le montrent les études explorer son utilisation dans la production d’hydrogène rentable pour les transports.
Bien que l’énergie solaire thermique à concentration offre de nombreux avantages, elle est confrontée à des défis.
- Dépendance à l'emplacement, nécessitant de grandes superficies de terrain comme le solaire photovoltaïque et l'éolien, limite sa faisabilité dans les régions peuplées.
- Les opérations gourmandes en eau pour entraîner les turbines et refroidir les réacteurs augmentent préoccupations environnementales, l'eau de mer posant des problèmes potentiels de rayonnement solaire.
- Les centrales CSP peuvent attirer les animaux en raison de la lumière, ce qui présente des risques pour certaines espèces.
- La technologie est coûteux à gérer, les matériaux de stockage thermique étant coûteux et difficiles à obtenir. Le sel fondu, un choix courant, présente des limites opérationnelles.
- La concurrence du solaire photovoltaïque et du nucléaire freine le développement de l’énergie solaire concentrée, ce qui pose un risque d’obsolescence face aux avancées d’autres sources d’énergie.
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