Concentration et Solaire Thermodynamique

Coordination : Jean-Jacques Bézian, RAPSODEE et Alain Ferrière, PROMES

Positionnement, originalité

Le PROMES et RAPSODEE sont parties prenantes du Labex SOLSTICE, seul Labex consacré en France à la concentration du rayonnement solaire. De plus, depuis plus de 50 ans, le PROMES, notamment par son four solaire installé à Odeillo (image 1) est considéré comme une des laboratoires mondiaux les plus expérimentés dans ce domaine, avec des participations continues à de grands projets internationaux.

De plus, avec la collaboration du Groupe GREPHE du LAPLACE, de nombreux outils numériques innovants ont été mis au point, basés entre autres sur la résolution de l’équation des transferts radiatifs par des méthodes statistiques de type Monte Carlo.

Cet axe traitera aussi de concentration pour des applications de type CPV(/T) ou développées de manière transverse avec les axes tels que Stockage et Gestion de l’intermittence, Photo-procédés (dépollution, procédés industriels) et Bâtiments et Villes Solaires.

Objectifs

Grâce aux programmes de recherche menés dans quelques pays (dont la France) depuis les années 80, les centrales solaires à concentration sont maintenant des objets techniquement et économiquement matures.

Aujourd’hui, il existe des réalisations pour lesquelles le kWh vendu au réseau est tout à fait compétitif dans de nombreux pays vis à vis des centrales thermiques à combustibles fossiles. La possibilité supplémentaire de stocker la chaleur collectée de façon efficace et bon marché permet, de plus, de produire de façon déconnectée de la ressource solaire, et ainsi mieux répondre aux besoins des réseaux. 

Cependant, même pour cette application majeure et déjà bien étudiée, il reste de nombreuses possibilités d’amélioration.

Au niveau des optiques de concentrations, on peut rechercher des précisions plus importantes, des optiques adaptatives, des cartes de flux à la demande … On peut aussi améliorer les rendements en augmentant le niveau de température de la collecte de l’énergie solaire, notamment pour utiliser des cycles thermodynamiques basés sur des turbines à gaz (récepteurs à air …). Enfin, l’intégration dans le schéma fonctionnel d’une unité de stockage pose le problème de l’optimisation de la gestion – commande de la centrale dans sa globalité, en intégrant aussi une prévision pertinente des données climatiques à court et moyen termes.

La collaboration des 3 laboratoires dans ce domaine permettra de développer des outils tant numériques qu’expérimentaux (à taille pilote).

Mais cet axe se donne aussi pour objectif d’entreprendre conjointement des études pour trouver de nouveaux domaines d’application, autres que la production centralisée d’électricité.
En effet, de nombreux procédés industriels ont des besoins de sources chaudes à des niveaux de températures compris entre 150 et 1500 °C. Les collecteurs solaires à concentration peuvent devenir tout à fait pertinents à ces niveaux de température.
Associés à des solutions de stockage thermique adaptées, ou d’hybridation avec d’autres sources de chaleur, ils seraient même capables de fournir de l’énergie à des procédés continus.

Les partenaires ont déjà entamé des études dans le domaine du séchage de produits agricoles (et de déchets humides), de torréfaction de biomasse ou de café … De nombreuses autres applications seront envisagées (vapeur industrielle, réactions chimiques endothermiques …).

Enfin, un troisième objectif pourrait être de trouver des solutions technologiques simplifiées basées sur des collecteurs solaires moins précis, mais plus faciles à construire et à manipuler.

En effet, de très nombreux pays de la ceinture solaire ont des besoins de chaleur à température supérieure à 150 °C, notamment pour la cuisson ou le développement de certains procédés industriels, et utilisent actuellement la combustion de la biomasse, pas toujours renouvelable. Les travaux que nous pourrions mener consisteraient à déclasser les solutions existantes, au prix d’une moindre efficacité, mais en obtenant des objets beaucoup plus simples, plus faciles à prendre en main et à installer dans l’ensemble de ces pays.

Four solaire

Four solaire

Four solaire - Fédésol

Four solaire - Fédésol - Le PROMES et RAPSODEE sont parties prenantes du Labex SOLSTICE, seul Labex consacré en France à la concentration du rayonnement solaire.