Les types de technologies CSP

Selon que les réflecteurs soient fixes ou mobiles et le récepteur soit linéaire ou ponctuel, on distingue quatre principales technologies de collecte et de concentration du flux solaire (Figure 24).

185 Figure 24. Les quatre principales technologies de production de chaleur et/ou d’électricité d’origine solaire par voie thermodynamique

Source : ADEME (2011, p.5)

2.1. Réflecteurs cylindro-paraboliques

Les réflecteurs cylindro-paraboliques (parabolic troughs) représentent la plus grande part du marché actuel de la technologie CSP, mais d’autres technologies concurrentes font leur apparition comme les centrales à tour.

Ces centrales ont une capacité de production qui varie entre 50MW et 300MW. L’exploitation commerciale de cette technologie a débuté en 1984. Depuis cette date, cette technologie s’est développée rapidement et, de nos jours, elle est la technologie la plus utilisée sur le marché du CSP. En effet, elle est utilisée dans la plupart des nouvelles centrales installées aussi bien aux États-Unis qu’en Europe (surtout en Espagne) et en zone MENA (Algérie, Maroc, Egypte, les Émirats arabes unis, etc.). La plupart des centrales solaires en fonctionnement de même que celles en construction ou en phase de planification sont de type cylindro-parabolique.

Le principe de fonctionnement de cette technologie est le suivant : des miroirs de forme cylindro-parabolique concentrent les rayons solaires vers un tube absorbeur dans lequel circule un fluide caloporteur (en général, une huile de synthèse qui peut être chauffée à 400°C). Cette technologie permet de produire de l’électricité non seulement durant les heures d’ensoleillement mais aussi après le coucher du soleil (durant 7 h 30 mn après le coucher du soleil). Ceci est dû au stockage de la chaleur dans le sel fondu. Grâce à cet atout majeur, la technologie CSP est facilement intégrée dans le réseau électrique.

186 Parmi les centrales solaires cylindro-paraboliques qui sont en fonctionnement dans le monde, on peut citer : Andasol 1 (50MW, Espagne), Puertollano (50MW, Espagne), Alvarado (50MW, Espagne), Shams 1(100 MW, les Émirats arabes unis), Nour 1 (160 MW, Maroc). La centrale Shams 1 (Figure 25) de capacité 100 MW représente la plus grande centrale CSP au Moyen-Orient. Sa mise en service était, en 2013, et elle couvre une superficie de 2,5 km2 qui est équivalente à 285 terrains de football.

Figure 25. Centrale solaire « Shams 1 » à Abu Dhabi

Source : Enerzine33

2.2. Réflecteurs linéaires de Fresnel

Le principe de fonctionnement de la technologie de réflecteurs linéaires de Fresnel (Linear Fresnel System) est relativement simple : des réflecteurs plats et positionnés de façon linéaire concentrent les rayons solaires vers un système absorbeur situé à environ 8 mètres plus haut. Chacun de ces miroirs, appelé réflecteur compact linéaire, pivote en suivant le rayonnement du soleil pour rediriger et concentrer, durant toute la journée, les rayons solaires vers un tube absorbeur.

Le système absorbeur contient un tube dans lequel circule de l’eau. Ainsi, l’eau est chauffée et elle est transformée en vapeur avec une température qui peut atteindre 450°C. Ensuite, cette vapeur sera transformée en énergie électrique grâce à une turbine à vapeur. A

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Figure disponible sur le site de « Enerzine », accessible sur le lien suivant :

http://www.enerzine.com/1/15456+la-plus-grande-centrale-solaire-a-concentration-au-monde-a- demarre+.html

187 la différence des miroirs cylindro-paraboliques, le tube absorbeur est fixe, seuls les miroirs sont mobiles et suivent le rayonnement solaire.

Cette technologie possède l’avantage d’être moins sensible au vent que les autres technologies et elle nécessite aussi moins de terrain et moins d’infrastructures. En plus, les miroirs plats sont plus simples à fabriquer que les miroirs paraboliques et cylindro- paraboliques. Mais, son inconvénient majeur est qu’elle possède des performances optiques inférieures d’environ 30% par rapport aux réflecteurs paraboliques et cylindro- paraboliques.

La centrale Puerto Errado 1 (PE1), en Espagne, est la première centrale à réflecteurs linéaires de Fresnel commerciale en activité. Elle a une capacité de 1,4 MW et elle est fonctionnelle, depuis avril 2009. En août 2012, la centrale Puerto Errado 2 (PE2), en Espagne, a été mise en service pour devenir la plus grande centrale CSP à réflecteurs linéaires de Fresnel, avec une capacité de 30 MW.

Figure 26. Centrale Puerto Errado 2 en Espagne

Source : Novatec Solar34

2.3. Capteurs paraboliques

La technologie de capteurs paraboliques (parabolic dish) est conçue aussi bien pour la production de l’électricité à petite échelle dans les zones isolées que pour celle à grande échelle. Une parabole “Dish Stirling” possède une capacité de production qui varie entre 10 KW et 25 KW.

34 _{Figure disponible sur le site de « Novatec Solar », accessible sur le lien suivant :}

188 Le principe de fonctionnement de cette technologie est le suivant : un concentrateur solaire en forme de parabole (la parabole est constituée d’un ensemble de miroirs incurvés) suit le rayonnement solaire et concentre la radiation vers une unité d’absorption de chaleur placée au point focal de la parabole. Cette unité d’absorption de chaleur contient un moteur “stirling” qui utilise un fluide interne.

Les centrales solaires à capteurs paraboliques sont en exploitation, depuis plusieurs décennies. Cette technologie n’utilise pas de l’eau dans le processus de conversion énergétique, donc elle est très convenable pour les régions désertiques où il y a une pénurie d’eau. Parmi les avantages de cette technologie on peut citer aussi : la non exigence de terrain plat, la possibilité de maintenance par unité individuelle sans arrêter le fonctionnement total de la centrale, le faible coût de fabrication par rapport aux autres technologies, etc.

Néanmoins, cette technologie possède l’inconvénient majeur de non stockage de la chaleur donc elle produit une énergie intermittente. En plus, elle nécessite encore des améliorations techniques importantes. En effet, le coût actuel de l’énergie produite par les miroirs paraboliques est presque le double de celle produite par les centrales à réflecteurs cylindro-paraboliques.

Figure 27. Centrale solaire parabolique à Font-Romeu-Odeillo (France)

Source : ecosources35

35 _{Figure disponible sur le site de « ecosources », accessible sur le lien suivant :}

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2.4. Héliostats et centrale à tour

Les centrales à tour (solar power tower) ont une capacité qui varie entre 10 MW et 50 MW. L’exploitation commerciale de cette technologie est assez récente. Les centrales solaires PS10 (capacité de 10 MW ; date de mise en service en 2008) et PS20 (capacité de 20 MW ; date de mise en service en 2009), à Séville en Espagne, sont les premières centrales solaires à tour destinées à l’exploitation commerciale en Europe. D’autres centrales à tour sont en fonctionnement, de nos jours, telles que Gemasolar (Espagne, 17 MW).

Le principe de fonctionnement de cette technologie est le suivant : des grands miroirs, appelés héliostats, concentrent le rayonnement solaire vers un récepteur situé en haut d’une tour. Ces miroirs suivent le soleil sur deux axes. La capacité de stockage de ces centrales peut atteindre 15 heures grâce au stockage de la chaleur dans le sel fondu. Il est à noter que le rendement à l’hectare de ces centrales est moins élevé que celui des centrales solaires cylindro-paraboliques. Cependant, cette technologie n’exige pas une surface plane comme la première. Ces centrales exigent un fort ensoleillement et une surface importante, elles sont alors convenables surtout pour les zones désertiques.

Figure 28. Centrale CSP à tour d’Ivanpah en Californie

Source : BrightSource energy36

36 _{Figure disponible sur le site de « BrightSource energy », accessible sur le lien suivant :}

http://www.brightsourceenergy.com/stuff/contentmgr/files/0/8a69e55a233e0b7edfe14b9f77f5eb8d/folder/iva npah_fact_sheet_3_26_14.pdf