Solaire Concentré - Les pages web de la cellule Energie du CNRS
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1er colloque Energie CNRS & Académie des Technologies : La Recherche au cœur de la transition Energétique L’énergie solaire concentrée Gilles Flamant PROMES-CNRS UPR8521 Font Romeu - Perpignan Solaire Concentré Principes Forces / Faiblesses Défis scientifiques et techniques Complémentarité avec le solaire photovoltaïque Options à long terme Position du CNRS Principes / Applications Augmenter la densité de flux de photons solaires sur une surface donnée pour accroître son potentiel énergétique PV à concentration Chaleur industrielle Système de concentration Electricité (conversion thermodynamique) Combustibles de synthèse Principes / Concentrateurs Concentration Réception Fixe Mobile Linéaire (100 soleils) 500°C Ponctuelle (1000-10 000 soleils) 1000°C-1500°C Principes / Système Sous-systèmes de conversion, soleil → électricité Fluide de transfert Stockage Fluide de travail Rayonnement Système de concentration Cycle thermodynamique Récepteur Appoint combustible Principes / Positionnement Paramètre Ressource solaire Thermique à Photovoltaïque concentration (CSP) (PV) Rayonnement direct Rayonnement total (direct + diffus) Mode de conversion Thermodynamique Electronique Stockage Thermique Electrochimique Hybridation Oui Non Effet de taille Oui Non Disponibilité 25%-70% 20%-25% Forces / Faiblesses FORCES Stockage massif d’énergie possible grâce au stockage thermique (4h à 15h de production, efficacité supérieure à 95%). Hybridation aisée avec les autres sources d’énergie thermique fossiles ou renouvelables. FAIBLESSES Développement très récent (2 GW CSP dans le monde, 40 GW PV en Europe) Ressource limitée en France Défis scientifiques et techniques Changement d’échelle : de Thémis à Crescent Dunes 2013 2011 1996-99 1983-86 200 héliostats 10 000 héliostats 110 MWe, 4h stockage 120 MWth Gemasolar (Espagne) 43 MWth Solar two (USA) 10 MWth 550 MWth Défis scientifiques et techniques Cycles thermodynamiques performants : Augmenter le rendement des centrales solaires de 50% (20% à 30%) Défis scientifiques et techniques Cycles thermodynamiques performants : Recherches à PROMES, le projet PEGASE Récepteur solaire : air 750°C – 1100°C Stockage HT Hybridation Défis scientifiques et techniques Augmenter le rendement des centrales de 50% (20% à 30%): Recherches associées Systèmes de concentration : optique, implantation, contrôle Récepteurs solaires HT : matériaux, transferts thermiques Fluides de transfert : fluides stables à HT, double fonction (transfert et stockage) Stockage : nouveaux matériaux, système Cycles thermodynamiques performants et poly-génération Centrale : optimisation système Défis scientifiques et techniques Augmenter le rendement des centrales de 50% (20% à 30%): Recherche pluridisciplinaire Sous systèmes Défis disciplines Syst. concentration Densification, fiabilité, contrôle, distribution du flux réfléchi Optique, électrotechnique, automatique Récepteur solaire Surfaces sélectives stables HT Résistance à HT Intensification des transferts Nanomatériaux Thermomécanique Thermique Fluide de transfert Propriétés thermodynamiques et stabilité Thermodynamique Chimie Stockage Stabilité à HT, matériaux à changement de phase, stockage thermochimique Thermodynamique, chimie, thermique, génie des procédés Cycles thermodynamiques Couplage avec système solaire Thermodynamique, combustion Complémentarité CSP / PV La synergie PV et CSP permet d’accroître la fraction solaire acceptable par les réseaux électriques et la pénétration du PV grâce à « l’atout stockage » du solaire thermodynamique Etude de cas : réseau californien Source: P. Denholm, M Mehos, NREL Report, Nov. 2011 Options à long terme Les combustibles de synthèse : produire des combustibles (liquides) grâce au solaire concentré (1000°C – 1600°C) Voie 1 Matériaux carbonés (biomasse, déchets …) Gaz de synthèse 20%-40% Soleil Voie 2 Eau et dioxyde de carbone Systèmes Redox : FeIII / FeII; CeIV/CeIII; ZnII / Zn0; SnIV/SnII Reaction de H2O and CO2 avec Ce0.75Zr0.25O2 100% Soleil Gaz de synthèse CO H2 FT Comb. Liq. Position du CNRS Equipex SOCRATE : Plateforme nationale sur le solaire à concentration (de 1 kW à 5 MW) Fours solaires de 1 kW à 1 MW Boucle cylindro-parabolique de 150 kW avec stockage (2013) Concentrateur à tour de 5 MW (Thémis, CG66) Merci de votre attention Shams 1, 100 MWe
