Centrale solaire thermique

Figure 1. Une centrale solaire thermique en Espagne.[1]

Les centrales solaires thermiques sont des centrales de production d'électricité qui utilisent l'énergie du Soleil pour chauffer un fluide à une température élevée. Ce fluide transfère ensuite sa chaleur à l'eau, qui se transforme en vapeur surchauffée. Cette vapeur est ensuite utilisée pour faire tourner des turbines dans une centrale électrique, et cette énergie mécanique est convertie en électricité par un générateur. Ce type de production est similaire à la production d'électricité qui utilise des combustibles fossiles, mais il chauffe la vapeur en utilisant la lumière du Soleil plutôt que la combustion de combustibles fossiles.[2] Ces systèmes utilisent des capteurs solaires pour concentrer les rayons du Soleil sur un point pour atteindre des températures suffisamment élevées.

Il existe deux types de systèmes pour collecter et stocker le rayonnement solaire : les systèmes passifs et les systèmes actifs. Les centrales solaires thermiques sont considérées comme des systèmes actifs.[3] Ces centrales sont conçues pour fonctionner uniquement à l'aide de l'énergie solaire, mais la plupart d'entre elles peuvent utiliser la combustion de combustibles fossiles pour compléter le rendement en cas de besoin.[2]

Types de centrales électriques

Bien qu'il existe plusieurs types de centrales solaires thermiques, elles sont toutes identiques dans la mesure où elles utilisent des miroirs pour réfléchir et concentrer la lumière du Soleil sur un point. Ensuite, l'énergie solaire est collectée et convertie en énergie thermique, qui crée de la vapeur et fait fonctionner un générateur, produisant de l'électricité.

Miroirs cylindro-paraboliques

Article principal
Figure 2. Miroirs cylindro-paraboliques.[4]

Les miroirs cylindro-paraboliques, également appelés « capteurs à focalisation linéaire », sont composées d'un long réflecteur de forme parabolique qui concentre la lumière solaire incidente sur un tuyau descendant le long d'un miroir. Les capteurs utilisent parfois un système de suiveur solaire monoaxial, qui suit le Soleil dans le ciel lorsqu'il se déplace d'Est en Ouest afin de garantir que l'énergie solaire incidente sur les miroirs soit toujours maximale. Le tuyau récepteur au centre peut atteindre des températures supérieures à 400°C car le miroir parabolique focalise le Soleil à une intensité 30 à 100 fois supérieure à la normale.[2]

Ces capteurs sont alignées en rangées sur un champ solaire. Un fluide caloporteur est chauffé lorsqu'il circule dans les tuyaux du miroir parabolique. Ce fluide retourne ensuite dans des échangeurs de chaleur situés à un endroit central où la chaleur est transférée à l'eau, générant de la vapeur surchauffée à haute pression. Cette vapeur fait ensuite tourner une turbine pour alimenter un générateur et produire de l'électricité. Le fluide caloporteur est ensuite refroidi et repasse dans le champ solaire.[2]

Paraboles solaires

Article principal
Figure 3. Parabole solaire.[5]

Il s'agit de grandes antennes paraboliques qui utilisent des moteurs électriques pour suivre le Soleil. Cela garantit qu'ils reçoivent toujours la plus grande quantité possible de rayonnement solaire entrant qu'ils concentrent ensuite au point focal de la parabole. Ces paraboles peuvent concentrer la lumière du Soleil mieux que les miroirs paraboliques et le fluide qui les traverse peut atteindre des températures supérieures à 750°C.[2]

Dans ces systèmes, un moteur Stirling transforme la chaleur en énergie mécanique en comprimant le fluide de travail lorsqu'il est froid et en permettant au fluide chauffé de se dilater vers l'extérieur dans un piston ou de se déplacer dans une turbine. Un générateur convertit ensuite cette énergie mécanique en électricité.[2]

Tours solaires

Article principal
Figure 4. Tour solaire.[6]

Les tours solaires sont des grandes tours qui servent de récepteurs centraux d'énergie solaire. Ils se trouvent au milieu d'un large éventail de miroirs qui concentrent tous la lumière du Soleil sur un point de la tour. Ces nombreux miroirs plats qui suivent le Soleil sont appelés « héliostats ». Dans la tour, il y a un échangeur de chaleur monté où le fluide d'échange de chaleur est réchauffé. La chaleur concentrée à ce point peut être 1500 fois plus intense que la lumière solaire incidente. [2] Le fluide chaud est ensuite utilisé pour créer de la vapeur qui fait fonctionner une turbine et un générateur, produisant ainsi de l'électricité. L'inconvénient de ces tours est qu'elles doivent être très grandes pour être économiques.

Avantages et inconvénients

Comme ces systèmes peuvent générer de la vapeur à des températures plus élevées, la conversion de l'énergie thermique en électricité est plus efficace. En outre, ces centrales contournent le problème du stockage inefficace de l'électricité, en stockant de la chaleur. Le stockage de la chaleur est plus efficace et plus rentable que le stockage de l'électricité. En plus, ces centrales peuvent produire une charge de base disponible, ce qui est important car cela signifie que ces centrales produisent une quantité d'énergie fiable et peuvent être allumées ou éteintes à volonté, répondant ainsi aux demandes d'énergie de la société.[7] Les centrales thermiques solaires représentent un type de technologie de production d'électricité plus écologique que la production d'électricité à partir de combustibles fossiles. Il s'agit, donc, de l'une des options les plus propres pour produire de l'électricité. Malgré cela, ces centrales ont toujours des effets environnementaux associés, car une analyse du cycle de vie complète peut montrer toutes les émissions de dioxyde de carbone impliquées dans la construction de ces centrales. Toutefois, les émissions sont encore beaucoup plus faibles que celles des centrales à combustibles fossiles.

Parmi les inconvénients, on compte la grande superficie de terrain nécessaire pour que ces centrales fonctionnent efficacement. En plus, la demande en eau de ces centrales peut également être considérée comme un problème, car la production d'une quantité suffisante de vapeur nécessite de grands volumes d'eau.[8] Le dernier impact potentiel de l'utilisation de grands miroirs de focalisation est l'effet nocif de ces centrales sur les oiseaux. Les oiseaux qui volent sur le chemin des rayons focalisés du Soleil peuvent être incinérés. Certains rapports sur le décès d'oiseaux dans des centrales électriques comme celles-ci évaluent le nombre de morts à environ un oiseau toutes les deux minutes.[9]

En savoir plus

Pour plus d'informations, veuillez consulter les pages correspondantes ci-dessous :

Références

  1. Wikimedia Commons. (August 18, 2015). AS1 [Online]. Available: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5/12-05-08_AS1.JPG
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 et 2,6 EIA. (August 18, 2015). Solar Thermal Power Plants [Online]. Available: http://www.eia.gov/Energyexplained/?page=solar_thermal_power_plants
  3. Maria Trimarchi. (August 18, 2015). Solar Thermal Systems [Online]. Available: http://science.howstuffworks.com/environmental/green-tech/energy-production/solar-thermal-power1.htm
  4. flickr. (April 5, 2018). Parabolic trough [Online]. Available: https://www.flickr.com/photos/argonne/7783883506
  5. Wikimedia Commons. (April 5, 2018). Solar Stirline Engine [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SolarStirling_Engine.jpg
  6. Wikimedia Commons. (April 5, 2018). PS10 solar power tower [Online]. Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PS10_solar_power_tower.jpg
  7. Visions of Earth. (August 18, 2015). Solar Thermal Power [Online]. Available: http://www.visionofearth.org/featured-articles/solar-thermal-power/
  8. Wisions. (August 11, 2015). Solar Power Tower [Online]. Available: http://www.wisions.net/technologyradar/technology/solar-power-towers
  9. Sarah Fecht. (August 11, 2015). Solar Power Towers are Vaporizing Birds [Online]. Available: http://www.popsci.com/solar-power-towers-are-vaporizing-birds

Auteurs et rédacteurs

Ethan Boechler, Anna Pletnyova, Luisa Vargas Suarez, Jason Donev
Dernière mise à jour : 17 décembre, 2021
Obtenir une citation