De nouveaux composants pour produire et stocker à moindre coût la chaleur solaire à haute température
Le projet CAPTure, financé par l’UE, a pour but de stimuler considérablement la compétitivité des CSP en se concentrant sur un concept innovant de centrale électrique à haut rendement, ainsi que sur l’étalonnage intelligent et la production en masse des miroirs qui réfléchissent la lumière du soleil sur une petite zone réceptrice, qui génère à son tour de la chaleur à haute température. «Ces deux méthodes peuvent réduire considérablement le coût actualisé de l’électricité (LCOE)», fait remarquer le coordinateur Fritz Zaversky. La centrale solaire peut produire beaucoup plus d’électricité par zone de miroir que les approches conventionnelles. De plus, le fonctionnement simplifié des miroirs (des frais d’exploitation et de maintenance réduits) et la production en masse des miroirs réfléchissants permettent de réduire considérablement les coûts. Ainsi, un rendement de conversion plus élevé, à savoir une production d’énergie plus importante, –et des coûts d’investissement, d’exploitation et de maintenance moindres se traduiront par un LCOE plus bas et renforceront la compétitivité de la CSP», explique Fritz Zaversky.
Production et stockage rentables de la chaleur solaire à haute température
Les partenaires du projet ont développé 3 composants principaux pour parvenir à une meilleure efficacité de conversion: un récepteur solaire, un échangeur thermique régénératif et un champ solaire (miroirs et moniteurs). Les miroirs concentrent les rayons du soleil sur le récepteur solaire qui chauffe l’air atmosphérique à des températures élevées (1 000 °C). La chaleur est échangée entre le flux d’air pressurisé et le flux d’air atmosphérique provenant du récepteur solaire par le système d’échange thermique régénératif. Une turbine à air chaud convertit ensuite la chaleur en énergie électrique. «La réalisation la plus importante de CAPTure a été la conception, la production et la mise en service d’un prototype de 300 kWth installé dans un centre de recherche solaire dans le sud de l’Espagne», déclare Fritz Zaversky. Il contient les trois composants, ainsi que des tuyaux et des vannes. En outre, l’équipe de CAPTure a conçu un miroir qui suit le soleil, ou héliostat, de taille réduite, qui a été optimisé pour une production en masse rentable.
Les composants individuels se sont révélés très prometteurs
Les membres de l’équipe ont validé avec succès tous les composants clés et le concept de configuration de la centrale en conditions réelles. Ils ont démontré que le concept est techniquement réalisable. Une optimisation technico-économique et une analyse comparative ont révélé le potentiel du concept de centrale électrique. Les résultats ont montré que la technologie des récepteurs d’air s’avère une solution très prometteuse pour une centrale héliothermoélectrique à cycle combiné efficace. Environ 30 % du rendement de pointe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique peut être atteint, ce qui représente une amélioration significative par rapport à la technologie de pointe qui offre environ 21 %. Pour le moment, la configuration proposée pour la centrale n’est pas rentable pour un déploiement à haute capacité et à grande échelle; toutefois, elle sera très profitable pour toute une série d’utilisations. «Les composants sont extrêmement précieux pour de nombreuses applications», conclut Fritz Zaversky. Le récepteur solaire et le système de régénération peuvent notamment être utilisés pour l’intégration de la chaleur solaire à haut rendement dans plusieurs processus. Le système régénératif peut fonctionner comme un moyen de stockage d’énergie thermique à haute température, un échangeur thermique rentable entre les circuits atmosphériques et d’air pressurisé. Il peut également être utilisé comme réacteur chimique pour le stockage d’énergie thermochimique à haute densité énergétique ou d’autres types de réacteurs à haute température.
Mots‑clés
CAPTure, chaleur, énergie, centrale électrique, chaleur solaire, énergie solaire, CSP