Une centrale à réflecteur linéaire de Fresnel(LFR) est une technologie de CSP avec le miroir de Fresnel comme concentrateur. Le miroir de Fresnel est basé sur le principe d'objectif de Fresnel, un type d'objectif inventé par le physicien français Augustine-Jean Fresnel en 1819 [37].
Un système (LFR) est constitué de champ de miroirs, des récepteurs, et turbogénérateur afin de produire de l’électricité. Le récepteur est composé par les éléments suivants [38]:
Le tube absorbeur : il est défini par un cylindre.
Le réflecteur secondaire : Il s’agit d’un demi-cylindre fixé au-dessus du tube, afin d’augmenter le facteur de concentration du système.
La vitre : est une paroi en verre. I.8.2 Principe de fonctionnement
Parmi les autres technologies CSP, le réflecteur de Fresnel (LFR) est considéré comme une solution très prometteuse, grâce à sa simplicité de conception et d'installation, à l'utilisation de matières premières, à l'attrait de coût et à l'exigence de terrain relativement petite, car plus de miroirs peuvent être serrés sur une petite parcelle de terre [21]. Néanmoins, les réflecteurs de LFR sont moins efficaces que les autres systèmes de CSP pour convertir l'énergie solaire en électricité, et il est plus difficile d'intégrer la capacité de stockage à leur conception [39].
Turbine à Gaz Combustible fossile Chambre de combustion Récepteur pressurisé Captage Héliostat s Récepteur ouvert Cycle combiné Tour
Le système est constitué d'un champ d'héliostats linéaires qui reflète et concentre les rayonnements solaires sur un tube absorbeur (le récepteur) disposé horizontalement au-dessus des collecteurs. Les héliostats peuvent tourner le long d'un axe longitudinal pour suivre les rayons du soleil et pour maintenir constamment les rayonnements solaires réfléchis sur le récepteur figure I.15. Le tube absorbant est généralement réalisé en acier et recouvert de verre. La concentration transforme l'eau dans ce tube horizontal en vapeur saturée de 270°C et 55 bars qui sert à générer de l'électricité à l'aide d'une turbine à vapeur [40].
Figure I.15. Schéma de principe du système réflecteur linéaire de Fresnel (LFR). L'avantage principal de ce type de système est qu'il utilise des réflecteurs plats ou élastiques incurvés qui sont meilleur marché comparés aux réflecteurs cylindro-parabolique. En outre, ces réflecteurs sont montés près du sol, de ce fait réduisant au minimum les exigences structurales. D'ailleurs, les miroirs n'ont pas besoin de supporter le récepteur, donc ils sont structurellement simples. Il convient d’observer que le système (LFR) est la pire technologie en termes d'efficacité (environ 50%) en raison d'une mauvaise performance (effet cosinus) le matin et le soir [21].
I.8.3 Les éléments constitutifs des réflecteurs de Fresnel
Le concentrateur à réflecteur linéaire de Fresnel (LFR) est généralement constitué de[41]: Réflecteur ou miroir de Fresnel: plusieurs bandes de miroirs réfléchissent et concentrent
le rayonnement sur le récepteur.
Récepteur: positionné au-dessus du miroir de Fresnel, il intercepte le rayonnement concentré. La conception du récepteur peut varier. Il est souvent composé de:
É lectricité Récepteur Générateur Turbine Soleil Concentrateur
Réflecteur secondaire, qui concentre encore d’un facteur 1 à 3 le rayonnement. Il permet de réduire la surface de l’absorbeur, ce qui limite les pertes, par rapport aux performances de concentration du miroir de Fresnel. Il peut aussi contribuer à l’homogénéité du flux de puissance collecté sur l’élément absorbeur.
Elément absorbeur : souvent un tube, mais parfois, plusieurs tubes, voire une surface plane. Cet élément joue le rôle d’échangeur : le fluide caloporteur collecte l’énergie du rayonnement sous forme d’énergie thermique.
Une vitre: qui assure une limitation des pertes radiatives. Transparente à la lumière visible, le verre est opaque aux Infrarouge. Le rayonnement solaire entre dans le récepteur, mais les émissions des surfaces chaudes sont en grande partie bloquées par la vitre.
La Figure I.16 présente la constitution d’un récepteur à réflecteur linéaire de Fresnel (LFR).
Figure I.16. Présentation schématique d’un récepteur à réflecteur linéaire de Fresnel.
I.9 Les centrales solaires cylindro-paraboliques
Au cours des 33 dernières années, La technologie des centrales solaires basées sur cylindro-parabolique a montré que L'exécution de cette technologie est une excellente alternative pour l'industrie énergétique commerciale [42]. La technologie des capteurs cylindro-paraboliques est actuellement la plus éprouvée des techniques de concentration solaire.
L'installation typique est formée de trois éléments principaux : le champ solaire, le système de stockage et le bloc de conversion thermoélectrique comme l'illustre la figure I.17.
Rayonnement solaire Réflecteur linéaire de Fresnel Réflecteur secondaire Tube absorbeur
Vitre
RécepteurFigure I.17. Schéma d'une installation de centrale solaire cylindro-parabolique (PTC). I.9.1 Description du système cylindro-parabolique
Un système cylindro-parabolique se compose de feuille de matériel réfléchissant, qui est plié dans une forme parabolique. Les feuilles sont remontées en série pour former des cylindro-paraboliques. Ces modules sont supportés sur la terre par les armatures simples aux deux extrémités (figure I.18). Le récepteur est un tube noir en métal, est placé sur la ligne focale du concentrateur, emballée dans un tube en verre pour limiter la perte de chaleur par la convection. L’axe de rotation des miroirs est habituellement orienté Nord-Sud. Il assure ainsi le suivi du soleil au cours de la journée de l’Est à l’Ouest. La figure I.18 ci-dessous montrer la description du système cylindro-parabolique [43].
Figure I.18. Description de système cylindro-parabolique.
Réflecteur Tube de récepteur Tube de récepteur Unité hydraulique de commande Structure métallique Réflecteurs Turbine Générateur Champ de cylindro-parabolique É lectricité Soleil Récepteur Bac de stockag
I.9.2 Principe de fonctionnement
La technologie du système cylindro-parabolique utilise des collecteurs incurvés autour d'un axe sous forme parabolique linéaire, les miroirs cylindro-paraboliques concentrent les rayonnements solaires vers un tube récepteur situé à la ligne focale de la cylindro-parabolique. Cette chaleur peut être employée pour produire la vapeur pour la production d'électricité immédiate. Un fluide caloporteur HTF (Heat Transfer Fluid) circule à l’intérieur du récepteur. Le fluide chauffé, dont la température peut atteindre 500°C, passe à travers une série d’échangeurs de chaleur pour céder sa chaleur à l’eau et produire ainsi de la vapeur d’eau (générateur de vapeur solaire)[44].
L’axe de rotation des miroirs est habituellement orienté Nord-Sud. Il assure ainsi le suivi du soleil au cours de la journée de l’Est à l’Ouest. Cette disposition permet un rendement quotidien assez stable et entraîne une production estivale plus importante en réduisant les pertes par effet cosinus [45].
La température de la chaleur concentrée atteint 400°C en cas d'huile synthétique, 550°C en cas de sels fondus ou 500°C en cas d'eau pressurisée. Cette chaleur transports soit par l'huile thermique synthétique ou le fluide de sel fondu pour former des échangeurs thermiques intermédiaires pour l'échanger avec le fluide de travail du cycle conventionnel de Rankine ou l'utilise directement pour générer de la vapeur modérée dans les bacs où l'eau pressurisée est le fluide de transfert de chaleur [3, 46].