I.1.2. Les centrales solaires à concentration
Les centrales solaires offrent une technologie relativement
récente, possédant un important potentiel de
développement. Elles offrent une opportunité aux pays
ensoleillés comparable à celle des fermes éoliennes pour
les pays côtiers.
Les endroits les plus prometteurs pour l'implantation de ces
technologies sont ceux du sud-ouest des États Unis, l'Amérique du
Sud, une grande partie de l'Afrique, les pays méditerranéens et
du Moyen Orient, les plaines désertiques d'Inde et du Pakistan, la
Chine, l'Australie, etc...comme l'indique la figure I.2
[6].
Figure I.2: irradiation solaire moyenne
Les centrales solaires utilisent le rayonnement solaire pour
produire de l'électricité. Il existe différents types de
centrales solaires mais toutes sont basées sur le même principe
:
Elles concentrent les rayons du soleil pour chauffer à
très haute température un liquide particulier non vaporisable
comme l'illustre la figure I.3.
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Figure I.3:Schéma global du solaire
thermodynamique
Ce liquide chauffe à son tour l'eau d'une
chaudière à vapeur, l'air d'une turbine à gaz simple ou
d'un cycle combiné ou aussi l'air d'un moteur Stirling. Ces
éléments peuvent être associés à un
alternateur pour produire de l'électricité. La vapeur d'eau est
alors condensée (retourne à l'état liquide) grâce
à une tour de refroidissement [6].
Figure I.4: Schéma de principe d'une
centrale solaire
La figure I.4 donne le schéma de principe d'une
centrale solaire associée à une turbine à vapeur.
L'inconvénient des centrales solaires est qu'elles ne peuvent pas
produire d'électricité la nuit. Pour pallier à ce
problème, deux solutions sont possibles :
? soit on stocke durant le jour une partie de la chaleur
apportée par le fluide non vaporisable dans un accumulateur (cette
chaleur sera libérée durant la nuit et
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exploitée pour produire de
l'électricité). Les matériaux à changement de phase
ou les sels fondus sont les plus employés pour ce stockage.
? soit on utilise des combustibles comme le gaz naturel par
exemple pour chauffer le liquide non vaporisable. Pour cela, on installe dans
la centrale une chaudière à gaz qui prend le relais des miroirs
la nuit et qui s'arrête au matin [6].
I.1.2.1. Technologie
Il existe une variété de technologies. Le choix
d'un système de conversion thermodynamique de la chaleur en
électricité dépend de la température du fluide
caloporteur à l'entrée du système de conversion. Le
tableau I.2 donne une idée sur ces variétés.
Tableau I.2 : Variété de
technologies selon les températures des fluides caloporteurs
Parmi les fluides les plus courants, on distingue :
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· Les sels fondus (pour des
températures supérieures à 500 °C). Ces
mélanges de nitrate (ou nitrite) de sodium/potassium sont de bons
fluides de stockage thermique dans tous les types de centrales dont la
température de sortie du fluide caloporteur est supérieure
à 350 °C. Ils peuvent aussi être utilisés comme
fluides caloporteurs dans les centrales à tour ;
· Les huiles thermiques sont
utilisées principalement dans les centrales à réflecteurs
cylindro-paraboliques comme fluide caloporteur (température d'environ
400 °C). La chaleur est récupérée au cours d'un cycle
de Rankine ;
· Les fluides organiques (butane,
propane, fluorinol, etc...) ont une température d'évaporation
relativement basse. Ils sont utilisés comme fluide thermodynamique
à basse température dans les cycles de Rankine organique ;
· L'eau et la vapeur d'eau sont
utilisées soit comme fluide thermodynamique soit comme fluide
caloporteur et thermodynamique pour la génération directe de
vapeur ;
· Les gaz (hydrogène,
hélium) sont utilisés comme fluides thermodynamiques pour
entraîner un moteur thermique Stirling placé au foyer d'un disque
parabolique;
· L'air est utilisé
classiquement comme fluide thermodynamique dans les turbines à gaz, il
peut aussi être utilisé comme fluide caloporteur seulement
[4].
La gamme de puissance électrique que ces technologies
permettent de couvrir va de 500 kilowatts électriques (kWe) à 500
mégawatts électriques (MWe), soit un facteur 1000.
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