Les Energies Renouvelables : L’ingénierie appliquée à l’éolien, au solaire, à la biomasse ... les enjeux de demain
Editorial pour 1er journal en ligne
I. Introduction
II. Les étapes du développement éolien on-shore
III. L’offshore a le vent en poupe
IV. Concentrons-nous sur l´Energie de Concentration Solaire (CSP)
V. Biomasse - Un sujet brûlant dans le domaine des énergies renouvelables
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Les Energies Renouvelables : L’ingénierie appliquée à l’éolien, au solaire, à la biomasse … les enjeux de demain
IV. Concentrons-nous sur l´Energie de Concentration Solaire (CSP)
par Ir. Grégory Bartholomé et Ir. Emmanuel van Vyve, Tractebel Engineering
Bon nombre d’ingénieurs passionnés par l´énergie se demandent quelle sera la source énergétique de demain, dont le développement nécessiterait de faire appel à leur ingéniosité et leurs neurones.
S´il est clair qu´il s´agira d´un mix énergétique, il y a fort à parier que l´énergie de concentration solaire (CSP – Concentrated Solar Power) en fera partie.
Un peu d´histoire
La première installation solaire thermique fut installée en 1913 en Egypte. Bien que le système opéra de façon satisfaisante et prometteuse, les développements furent arrêtés suite à l´essor de l´économie du pétrole dans la région.
Ce n´est qu´après la crise pétrolière des années 1970 que les activités de R&D reprirent.
Il y eut ensuite deux phases de commercialisation de centrales thermo-solaires entre 1984 et 1992 aux Etats-Unis suivi d´une seconde phase dans les années 2006 à nos jours en Espagne essentiellement.
La technologie du CSP
Le principe du CSP est d´utiliser l´énergie gratuite et abondante du soleil comme substitut aux combustibles fossiles. En concentrant les rayons du soleil au moyen de miroir focalisant sur un récepteur dans lequel circule un fluide, il est soit possible de générer de la vapeur qui sera utilisée dans les procédés industriels, soit de générer de l´électricité au moyen d´un turbo-alternateur.
On distingue quatre technologies CSP à l´heure actuelle :
Parabolic Trough (Rigoles solaires) – De longues bandes de miroir incurvées de façon parabolique qui renvoient les rayons solaires sur un tube central mobile (récepteur) dans lequel circule un fluide caloporteur (huile, sel fondu, eau/vapeur). Les miroirs, mobiles selon un axe, suivent le soleil, assurant une exposition directe durant toute la journée. La température du fluide est limitée à 400°C et la capacité commerciale installée peut atteindre 400 MWe.
Fresnel – Similaire au Parabolic trough, mais comportant des bandes de miroirs plats qui tournent individuellement pour concentrer les rayons sur un récepteur fixe qui contient le fluide caloriporteur. L´efficacité est moindre que les miroirs courbes mais leur coût l´est également.
Tower (Tour solaire) – Une tour (± 150 m) fait face à un champ d´ « héliostats », grands miroirs mobiles selon 2 axes, qui reflètent les rayons du soleil sur un récepteur unique situé en haut de la tour. Comme tous les rayons se concentrent en « un seul » point, des températures importantes sont atteintes (± 1000°C).
Source : Astrom Technical Advisors
Dish Stirling (-) – Un réflecteur parabolique en forme d´assiette concentre les rayons sur un récepteur focal, lequel contient un fluide ou gaz chauffant permettant de générer de l´électricité dans un moteur Stirling.
Différence entre CSP et PV
Lorsque l´on aborde le thème de la ressource solaire, la plupart des gens pensent au photovoltaïque (PV).
Alors que les technologies photovoltaïques convertissent une luminosité diffuse en électricité, les technologies de concentration solaire requièrent un rayonnement direct, ce qui réduit considérablement les zones du monde où cette technologie est faisable.
Le PV est donc indiqué pour nos régions tandis que le CSP se prête mieux aux régions désertiques.
Dans l´état de la technologie actuelle, la technologie de concentration solaire devient envisageable à partir de Radiations Normales Directes annuelles de plus de 1.900 kWh/m2.
Pour donner une idée, la radiation directe en Belgique est de maximum 1.200 kWh/m2 tandis que le sud de l´Espagne présente une radiation de 2.200 kWh/m2.
Source : Solar Millennium A.G.
Le stockage, la solution à l´indisponibilité de la ressource solaire ?
L´énergie de Concentration Solaire a comme avantage (sur l´énergie éolienne et photovoltaïque qui dépendent de la présence de la ressource) qu´elle peut être stockée relativement facilement et à bas prix, tout comme la biomasse d´ailleurs.
En CSP, l´énergie thermique générée est stockée dans des cuves de sel fondu (températures entre 300 et 400 °C), ce qui permet un temps additionnel de production de 8 à 15 heures.
Des centrales thermo solaires de 50 MWe assurent une production ininterrompue durant 24h (donc, nuit incluse) dans le sud de l´Espagne.
Le marché du CSP dans le monde
Comme la figure ci-après le laisse entendre, si tous les projets en développement actuellement se réalisent, le CSP représentera en 2016 une capacité de 7.6 GW.
Ce sont principalement l´Europe et les Etats-Unis qui regroupent l’essentiel de la capacité installée actuelle en matière de solaire de concentration. En Europe, les industries allemandes et espagnoles y ont acquis une position de leaders.
Figure1 : Puissance installée (en MW) CSP dans le monde et pipeline de projet
Source : IEA Novembre 2011.
Le business du CSP
Beaucoup d´analystes s´accordent à dire que le CSP suit une courbe normale de développement par rapport à d´autres technologies émergentes. Si l´on tient compte des évolutions technologiques à venir, comme on l´a fait en son temps pour les technologies classiques actuelles, le CSP présente un potentiel fort attractif.
Le risque perçu par les investisseurs reste néanmoins élevé et le manque de « banquabilité » est un facteur freinant pour le business du CSP à l´heure actuelle.
Le rôle de l´ingénieur prend alors ici toute sa dimension, dans la mesure où les défis portent aussi bien sur les aspects R&D de pointe, que sur l´intégration de disciplines technico-économiques et sociétales.
Alors, allons-nous attendre encore un siècle pour relever les défis technologiques et économiques posés par le CSP ?...Avons-nous le choix ?
Conclusion
Chaque jour, des centaines de MW nous « tombent sur la tête » sans que nous y prêtions attention.
Capter cette énergie et la convertir afin qu´elle soit utilisable par tous, de façon fiable, sans risque et économiquement attractive, est la mission que s´est donnée l´équipe « Renewable Energy » de Tractebel Engineering.
Les Energies Renouvelables : L’ingénierie appliquée à l’éolien, au solaire, à la biomasse ... les enjeux de demain
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I. Introduction
II. Les étapes du développement éolien on-shore
III. L’offshore a le vent en poupe
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