Centrales solaires thermodynamiques
Centrales solaires thermodynamiques
Utilisent des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur qui chauffe un fluide, entraînant une turbine ou un moteur pour produire de l'électricité.
Une centrale solaire thermodynamique est un système CSP à grande échelle qui utilise des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière du soleil sur un récepteur qui chauffe un fluide qui entraîne une turbine ou un moteur pour produire de l'électricité. Une centrale solaire thermodynamique se compose de plusieurs composants, tels que :
Collecteurs :Ce sont des dispositifs qui réfléchissent ou réfractent la lumière du soleil vers un récepteur. Les collecteurs peuvent être classés en quatre types : les tranchées paraboliques, les disques paraboliques, les réflecteurs linéaires Fresnel et les récepteurs centraux. Les tranchées paraboliques sont des miroirs courbés qui concentrent la lumière du soleil sur un tube récepteur linéaire qui s'étend le long de leur ligne focale. Les disques paraboliques sont des miroirs concaves qui concentrent la lumière du soleil sur un récepteur ponctuel à leur point focal. Les réflecteurs linéaires Fresnel sont des miroirs plats qui réfléchissent la lumière du soleil sur un tube récepteur linéaire au-dessus d'eux. Les récepteurs centraux sont des tours entourées d'un ensemble de miroirs plats appelés héliostats qui réfléchissent la lumière du soleil sur un récepteur ponctuel à leur sommet.
Récepteurs : Ce sont des dispositifs qui absorbent la lumière du soleil concentrée et la transmettent à un fluide caloporteur (HTF). Les récepteurs peuvent être classés en deux types : les récepteurs externes et les récepteurs internes. Les récepteurs externes sont exposés à l'atmosphère et ont des pertes de chaleur élevées dues à la convection et au rayonnement. Les récepteurs internes sont enfermés dans une chambre sous vide et ont des pertes de chaleur faibles dues à l'isolation et à l'évacuation.
Fluides caloporteurs : Ce sont des fluides qui circulent à travers les récepteurs et transportent la chaleur des collecteurs vers le bloc de puissance. Les fluides caloporteurs peuvent être classés en deux types : les fluides thermiques et les sels fondus. Les fluides thermiques sont des liquides organiques tels que des huiles synthétiques ou des hydrocarbures qui ont des points d'ébullition élevés et des points de congélation bas. Les sels fondus sont des composés inorganiques tels que le nitrate de sodium ou le nitrate de potassium qui ont une capacité calorifique élevée et une pression de vapeur faible.
Bloc de puissance : C'est là que l'électricité est générée à partir de la chaleur en utilisant une turbine ou un moteur couplé à un générateur. Le bloc de puissance peut être classé en deux types : le cycle vapeur et le cycle Brayton. Le cycle vapeur utilise de l'eau comme HTF et produit de la vapeur qui entraîne une turbine à vapeur connectée à un générateur électrique. Le cycle Brayton utilise de l'air comme HTF et produit de l'air chaud qui entraîne une turbine à gaz connectée à un générateur électrique.
Système de stockage : C'est là où l'excès de chaleur est stocké pour une utilisation ultérieure lorsque il n'y a pas de lumière du soleil ou lorsque la demande de charge est élevée. Les systèmes de stockage peuvent être classés en deux types : le stockage de chaleur sensible et le stockage de chaleur latente. Le stockage de chaleur sensible utilise des matériaux tels que des roches, de l'eau ou des sels fondus qui stockent de la chaleur en augmentant leur température sans changer de phase. Le stockage de chaleur latente utilise des matériaux tels que des matériaux de changement de phase (MCP) ou des matériaux thermo-chimiques (TCM) qui stockent de la chaleur en changeant de phase ou d'état chimique sans changer de température.
La disposition d'une centrale solaire thermodynamique dépend de plusieurs facteurs, tels que les conditions du site, la taille du système, les objectifs de conception et les exigences du réseau. Cependant, une disposition typique comprend trois parties principales : le champ de collecte, le bloc de puissance et le système de stockage.
Le champ de collecte comprend les collecteurs, les récepteurs et les HTF qui collectent et transportent la chaleur de la lumière du soleil.Le bloc de puissance comprend les turbines, les moteurs,les générateurs et autres équipements qui convertissent la chaleur en électricité.Le système de stockage comprend des réservoirs, des cuves et d'autres dispositifs qui stockent la chaleur pour une utilisation ultérieure.
Le fonctionnement d'une centrale solaire thermodynamique dépend de plusieurs facteurs, tels que les conditions météorologiques, la demande de charge et l'état du réseau. Cependant, un fonctionnement typique comprend trois modes principaux : le mode de charge, le mode de décharge et le mode de raccordement au réseau.
Le mode de charge se produit lorsque il y a un excès de lumière du soleil et une faible demande de charge. Dans ce mode, les collecteurs concentrent la lumière du soleil sur les récepteurs qui chauffent le HTF. Le HTF coule ensuite vers le bloc de puissance ou le système de stockage, selon la configuration du système et la stratégie de contrôle.
Le mode de décharge se produit lorsque il n'y a pas de lumière du soleil ou une demande de charge élevée. Dans ce mode, le HTF coule du système de stockage vers le bloc de puissance, où il produit de la vapeur ou de l'air chaud qui entraîne la turbine ou le moteur pour générer de l'électricité.
Le mode de raccordement au réseau se produit lorsque le réseau est disponible et que les tarifs sont favorables. Dans ce mode, l'électricité générée par le bloc de puissance peut être injectée dans le réseau via un transformateur et un interrupteur. Le mode de raccordement au réseau peut également se produire en cas de panne de réseau, lorsque de l'énergie de secours est nécessaire. Dans ce mode, l'électricité générée par le bloc de puissance peut être utilisée par les charges via un onduleur et un interrupteur.
