Solaire thermique à concentration : le solaire espère s'affranchir de l'intermittence

Avec la centrale espagnole Gemasolar, le solaire thermique à concentration espère franchir un nouveau pallier et produire de l'électricité en continu grâce au stockage de l'énergie thermique emmagasinée en journée.

Mardi 4 octobre est officiellement inaugurée la centrale Gemasolar à Fuentes de Andalucia à proximité de Séville en Andalousie (Espagne). Basée sur la technologie solaire thermique à concentration, la centrale est la première de taille commerciale à utiliser des sels fondus (un mélange de nitrate de potassium et nitrate de sodium fondu) pour stocker l'énergie et lisser ainsi la production électrique sur 24 heures.

La centrale sévillane, avec une puissance de 19,9 mégawatts (MW), devrait produire 110 gigawatt-heures (GWh) par an. Une production équivalant à la consommation de 25.000 foyers. Quant aux 171 millions d'euros d'investissement, ils ont été réunis par la société Torresol Energy Investment, une société détenue par Masdar, le consortium émirati s'appuyant sur un projet de ville neutre en carbone à proximité d'Abu-Dhabi (Emirats Arabe Unis), et le groupe espagnol d'ingénierie Sener.

Stocker les sels fondus

Concrètement, 2.650 héliostats, des miroirs de 110 m² qui suivent la course du soleil, répartis sur 185 hectares font converger les rayons solaires vers un réceptacle situé au sommet d'une tour de 140 mètres. Torressol annonce que 95 % de l'énergie calorifique est concentrée sur le réceptacle, qui atteint une température de 900°C. Cette chaleur est transmise aux sels fondus qui sont portés à 565°C.

Une fois chauffé, les sels produisent, via un échangeur thermique, la vapeur qui alimente une turbine couplée à un alternateur électrique. Selon Terrasol, le recours aux sels fondus offre un premier avantage grâce à leur température très élevée qui permet de produire de la vapeur sous pression ce qui accroît rendement.

Autre atout : avec les sels fondus, le solde de l'énergie non utilisée en journée peut être stocké dans un réservoir pour alimenter l'échangeur thermique de nuit. Quand le solaire photovoltaïque ne fonctionne que de jour, la centrale Gemasolar peut produire de l'électricité de jour comme de nuit.

Produire de l'électricité "de base"

Ainsi, le 4 juillet 2011, la centrale, qui fonctionne depuis fin mai 2011, a réussi pour la première fois à produire de l'électricité pendant 24 heures sans interruption. Pour arriver à un tel résultat, il a fallu auparavant emmagasiner suffisamment de chaleur via le stockage des sels fondus excédentaires. Une situation rendue possible fin juin, lorsque le réservoir a atteint pour la première fois sa capacité maximale.

La production électrique en continu à partir de l'énergie solaire représente une première, selon Torresol, alors que la centrale ne fonctionne pas à plein rendement. L'opérateur espère que l'installation atteindra 70 % de sa capacité maximale fin 2012. A terme l'opérateur vise une production en continu durant "la plupart des jours d'été". Un objectif qui, s'il est atteint, offrirait "un niveau de charge annuel supérieur à la plupart des installations de production électrique de base tels que les centrales nucléaire", précise-t-il.

Comme la centrale devrait pouvoir fournir de l'électricité pendant 15 heures sans rayonnement solaire, c'est-à-dire de nuit ou lorsque l'ensoleillement est limité par la nébulosité, elle devrait assurer son rôle à raison de 6.500 heures par an, soit quelque 270 jours complets. Un tel facteur de charge est "1,5 à 3 fois plus élevé que celui des autres centrales solaires à concentration".

Grands espaces désertiques

Jusqu'à maintenant, si le solaire thermique a démontré son efficacité technique, il n'a jamais pu s'imposer économiquement, comme l'illustre l'exemple français de la centrale Thémis située à Targasonne (Pyrénées-Orientales). Initiée en 1977, la centrale fut inaugurée en 1983. Le manque de rentabilité du projet entraîne la fermeture du site dès 1986 et le quasi-abandon du site jusqu'en 2004, date à laquelle est décidée la reconversion de la centrale en site de recherche sur l'énergie solaire. Cependant, le projet actuel vise à reconditionner les héliostats pyrénéens en les équipant de panneaux photovoltaïques, plutôt que de poursuivre dans la voie du solaire thermique à concentration.

Notons que d'autres projets de production électrique s'appuyant sur le solaire thermique couplé au stockage de sels fondus pourraient apparaître de par le monde. Ainsi, l'ONG Beyond Zero Emissions, spécialisée dans la transition énergétique, a fait de cette technologie la base de son scénario 100 % énergies renouvelables pour l'Australie. Elle estime notamment que la technologie pourrait être la "colonne vertébrale" du scénario et répondre à près de 60 % de la demande électrique. Un projet qui illustre les conditions optimales qui devraient permettre à la technologie de décoller : de grands espaces ensoleillés. Les déserts chauds semblent ainsi particulièrement appropriés.

Article publié le 03 octobre 2011

Réactions10 réactions à cet article

UN VRAI PROGRES
Si l'on peut croire les performances annoncées c'est un veritable ^progrès. Le facteur de charge "annoncéé" par la production d'energie serait de plus de 60%, trob beau pour etre vrai. La definition de la puissance nominale n'est pas coherente avec d'autres definitions qui ne considèrent que la puissance crete. Avec une puissance crete de 19,9 MW en supposant qu'il y a toujours du beau temps il ne serait pas possible d'obtenih 110 GWh/ an car le facteur de charge du soleil ne peut pas depasser dans les meilleurs conditions 50%.

Donc une fois de plus dans les publications on manque de rigueur.

Ceci étant ce type de centrale avec stockage, suivi du soleil, represente un vrai progres qu'il faut saluer. Les concepteur on su utiliser le soleil a bon escient en choisissant un fonctionnement a haute temperature pour maximiser le rendement, un fluide caloporteur adapté (que pensent les ecolos purs et durs de l'utilisation du sodium ?). On peut saluer ce progres tout en reconnaissant ses limites. Ce type de centrale est mieux adapté aux climats tropicaux et utilisé en Europe il aurait un facteur de charge bien plus faible car en hiver le soleil n'est pas bien present et une fois de plus on se retrouve en face de la difficulté du stockage, particulièrement entre été et hiver

fleurent | 04 octobre 2011 à 10h06

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Bonjour,

Votre article introduit une confusion : y parle-t-on de sels fondus ou de sodium fondu ? La différence n'est pas négligeable et il serait souhaitable de lever l'ambiguïté. D'après ce que j'ai pu lire ailleurs, il s'agit effectivement de sels fondus : un mélange de nitrate de sodium et nitrate de potassium. Bref, il n'est aucunement question de sodium fondu ! Pour rappel, le sodium fondu, très bon caloporteur, a été utilisé comme fluide caloporteur sur la centrale nucléaire à surgénération Superphénix. Il est réagit très violemment avec l'eau. Aujourd'hui, pour sa dangereuse réactivité, il n'est plus utilisé dans le secteur solaire à concentration.

Stéphane | 04 octobre 2011 à 10h28

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Fleurent, si vous pouvez préciser votre remarque sur le facteur de charge, car je ne saisis pas trop votre remarque.
Ce que je comprend de mon coté c'est que la puissance de production nominale est limitée, et quand la l'énergie solaire est supérieure à cette puissance, le delta de puissance sert à réchauffer une partie du calo-porteur pour continuer a turbiner pendant la nuit

chocard | 04 octobre 2011 à 11h18

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Il est dommage que pour un tel progres l'article -probablement redigé par des gens de la "communication" - ne soit pas plus clair et rigoureux. Peut etre n'ai je pas été clair non plus
1) J'ai cru comprendre d'apres la redaction, que le sodium était utilisé non pas pour stocker l'energie, ce qui était du domaine des sels fondus, mais comme caloporteur pou utiliser l'énergie stockée a haute temperature quand le soleil n'était pas présent. C'est certainement pour ce genre d'application un des meilleurs caloporteurs. L''experience acquise tant par Phenix que par les Russes montre que l'on sait aujourd'hui utiliser ce corps qui peut etre dangeureux

2)Le facteur de charge annuel est tel que le produit
Puissance nominale x Facteur de charge x Nbre d'heures annuel est égal à la quantité d'énergie annuelle delivrée par le système. On trouve ainsi à partir des données 19,9MW et 110 GWh un facteur de charge de 63% .A priori sur une années avec le soleil il y a autant d'heures eclairées que d'heures sans soleil.Donc le facteur de charge ne peut qu'etre inferieur à 50% . Il s'agit donc d'une definition de la puissance nominale qui n'est pas conforme aux definitions usuelles. C'est regrettable car cela risque d'introduire une suspiction vis a vis de la presentation d'un système qui a priori parait tres interessant et on ne peut pas le comparer valablement a un systemee photovoltaique ou a une eolienne
L'explication donnée par chocard correspond probablement a la réalité

fleurent | 04 octobre 2011 à 18h30

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En réponse à Monsieur fleurent, je tiens à maintenir qu'il n'y a certainement pas un seul gramme de sodium dans cette centrale solaire. En tout cas, la société Torresol Energy n'en dit pas un mot sur son site internet. Je souhaiterais donc que l'auteur de l'article nous indique sa source concernant la présence de sodium fondu dans cette centrale, ou bien corrige son article qui prête à confusion.
D'autre part, si le stockage de chaleur est réalisé par des sels fondus, il est techniquement peu justifié de faire appel à un caloporteur différent puisque les sels fondus ont l'avantage d'être liquides, ils peuvent donc jouer ce rôle de caloporteur. Les utiliser comme caloporteur semble donc logique pour éviter l'adjonction d'échangeurs qui complexifieraient inutilement le système.
Enfin, je vous rejoins sur votre remarque concernant le facteur de charge. Le calcul avec 19,9 MW et 110 GWh donne 5527 heures et non les 6500 heures annoncées. Il y a donc un petit hyatus, qui provient là directement de la société Terrasol. Par contre, je ne suis pas choqué par le fait que le facteur de charge dépasse les 50%. C'est d'ailleurs justement pour cette raison que la centrale intègre un moyen de stockage de la chaleur : la centrale solaire va produire de l'électricité la nuit ! Notez que la puissance indiquée est bien celle de la génératrice électrique et non celle des panneaux solaires...

Stéphane | 05 octobre 2011 à 20h04

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A Stephane Relisez l'article , je cite

"Torressol annonce que 95 % de l'énergie calorifique est concentrée sur le réceptacle, qui atteint une température de 900°C. Cette chaleur est transmise au sodium fondu qui est porté à 565°C."

Le sodium est recité ensuite

fleurent | 06 octobre 2011 à 09h14

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Surement une des solutions les plus pertinentes pour créer de l'électricité réellement durable.
Dire qu'on était (nous, français) leader de cette technologie dans les années 70-80... jusqu'à ce que l'exploitation du projet THEMIS soit transmise à EDF... le solaire c'est bien, le nucléaire c'est (ou c'était) mieux... Résultat un super prototype à l'abandon et aucune valorisation ambitieuse de l'effort de recherche.

grmx | 06 octobre 2011 à 09h43

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Certainement une excellente technologie qui offre d'énormes possibilités, en particulier dans le Maghreb et le Sahara. Un sérieux atout pour la nécessaire transition énergique post-nucléaire.
Mais il s'agit encore d'une technologie centralisée, souvent éloignée des lieux de consommation et donc susceptible de pertes dues au transport de l'énergie (rappelons que les pertes enregistrées par EDF gaspillent 7% de sa production). Sa taille et le montant des investissements tendent en outre à la faire échapper au contrôle démocratique et à la soumettre à la loi du profit (remarquons le contrôle financier des Emirats Arabes Unis sur ce dossier).
Il ne faut donc pas que ce type de méga-réalisation occulte la nécessité de développer le petit photovoltaïque à proximité immédiate des lieux de consommation (sur les toits des habitations et immeubles), offrant une réduction des pertes en ligne et une meilleure garantie de gestion démocratique. L'un de ses atouts étant de favoriser la prise de conscience par l'usager de la nécessité de réduire au mieux sa consommation.

mike14 | 06 octobre 2011 à 10h47

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Il y a effectivement une confusion de ma part entre les sels fondus et le sodium fondu. Je connais pourtant les problèmes posés par le sodium. Je viens de modifier l'article pour éviter toute confusion. Ce sont bien des sels fondus qui sont utilisés et il n'y a qu'un circuit.
S'agissant du facteur de charge, il semble effectivement élevé et cette partie de l'article (comme d'ailleurs la quasi-totalité du texte) est écrite au conditionnel. A ce sujet, le titre est d'ailleurs clair : le solaire "espère". L'avenir dira si la technologie délivrera l'ensemble du potentiel espéré.
Enfin, Fleurent, je souscris à votre commentaire : "il est dommage que pour un tel progres l'article […] ne soit pas plus clair et rigoureux". Cependant, je vous assure que le second commentaire ("probablement redigé par des gens de la "communication") n'a pas lieu d'être. Le but de l'article est de présenter une technologie à l'occasion de son inauguration. L'usage du conditionnel et les commentaires avisés des lecteurs apportent un certain recul par rapport à l'annonce des opérateurs.
Cordialement,

Philippe Collet | 06 octobre 2011 à 17h10

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Petite précision : les recherches à la centrale Themis sur le solaire thermique ne sont pas arrêtées. Bien au contraire, bien qu'une partie du champ des héliostats soit en effet reconvertis en panneaux photovoltaïques, de nombreux projets de solaires thermiques impliquant la rénovation des héliostats et de la tour solaire sont en cours, tels que le projet PEGASE ou la mise en place d'un banc d'essai cylindro-parabolique...
Merci de vérifier vos sources...

Four solaire | 07 octobre 2011 à 09h44

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