Une centrale solaire qui stocke l’énergie dans des sels fondus
Dans le désert du Nevada, au nord ouest de la Californie, USA, une tour de 195 m de haut s’élève au dessus d’une mer de miroirs de 120 ha. Cette centrale solaire est bien particulière. Elle ne produit pas l’électricité au moyen de panneaux photovoltaïques, mais utilise la chaleur solaire pour transformer de l’eau en vapeur actionnant une turbine. Mais surtout, elle peut fonctionner nuit et jour, car elle stocke l’énergie sous forme de chaleur dans un mélange de sels fondus.
Fig.1. Photographie de la tour solaire au milieu de son champ de miroirs
Crédit Solar Reserve.
La centrale solaire thermique de Crescent Dunes
Les rayons du soleil sont focalisés par plus de 10 000 miroirs sur le récepteur de chaleur situé en haut de la tour. Un mélange de nitrates de sodium et de potassium fondus circulant à travers celui-ci est chauffé par le rayonnement solaire. La température des sels passe alors de 288° C (sels froids) à plus de 566° C. Les sels chauds sont envoyés au bas de la tour et passent dans un échangeur de chaleur où circule de l’eau qui est transformée en vapeur. Celle-ci meut une turbine entraînant une génératrice de courant.
Chaque miroir installé au sol constitue un héliostat faisant converger constamment les rayons solaires sur le haut de la tour.
La Fig.2. schématise le détail de l’installation :
Fig.2. Schéma de la centrale solaire thermique de Crescent Dunes
Crédit Solar Reserve
Le stockage de l’énergie
La particularité la plus remarquable de la centrale solaire de Crescent Dunes est de pouvoir stocker l’énergie. Pour cela, on utilise un réservoir calorifugé capable de contenir une grande quantité de sels fondus chauds. Celle-ci correspond à une production d’électricité de 10 heures du régime de pointe de la centrale. C’est donc bien suffisant pour faire produire la centrale la nuit où la demande est, en moyenne, plus faible que le jour. En outre, le stockage de l’énergie permet d’ajuster la production non seulement aux conditions d’ensoleillement mais encore à la demande d’électricité à tout moment. On peut voir sur le schéma de la figure 2 les deux réservoirs calorifugés, l’un pour les sels chauds à quelques 566° et l’autre pour les sels fondus froids(288°). La température élevée des » sels froids » est nécessaire pour qu’ils restent fondus et fluides.
Les nitrates de sodium et de potassium utilisés ne sont autres que les engrais artificiels utilisés dans l’agriculture.
Sur la photographie ci-dessous, on a repéré l’ensemble des appareillages utilisés.
Fig.3. Photographie du cœur de l’installation de Crescent Dunes
Le récepteur de chaleur, noir quand il est froid, est ici chauffé à blanc par les rayons du soleil. Crédit Solar Reserve.
La puissance fournie par l’installation, 110 MW, est suffisante pour alimenter 75OOO foyers. Au démarrage de l’installation les miroirs ont fait fondre la masse de sels contenus dans le réservoir de sels froids pour pouvoir les pomper au sommet de la tour. En cas de demande d’électricité, les sels chauds servent à produire la vapeur à haute température qui alimente la turbine. Sinon, ils sont stockés dans leur réservoir calorifugé.
La vue suivante permet d’apprécier le montage des miroirs héliostats dont les dimensions sont d’environ 11 m x 10 m.
Fig.4. Photographie de la tour et des miroirs héliostats les plus proches de celle-ci Crédit Solar Reserve.
Ce système de stockage permet d’utiliser la centrale solaire comme une centrale conventionnelle à fuel ou une centrale nucléaire. Mais, au contraire de ces dernières, ce type de centrale n’est pas polluante ni ne produit de déchets dangereux.
Rappelons pour mémoire que Thémis, une installation de ce type, mais de plus faible puissance, 2,5 MW et de capacité de stockage insuffisante pour supprimer l’intermittence de la production, avait été construite en France dans les Pyrénées et exploitée de 1983 à 1986 par EDF pour être ensuite abandonnée pour des raisons de coût.
Avec l’installation de Crescent Dune, la société Solar Reserve a démontré qu’on pouvait utiliser cette technique pour produire de l’électricité solaire de façon non intermittente. Le stockage de 10 heures de production supprime la nécessité d’utiliser une centrale à combustibles fossiles pour fournir de l’électricité par temps couvert ou lors de la pointe de consommation du soir. Les systèmes de distribution d’électricité ne seront plus gênés par la surproduction des centrales solaires photovoltaïques durant le jour qui les forcent parfois à réduire la production par ailleurs ou même à devoir payer des clients pour qu’ils consomment du courant.
La société « Solar Reserve » a réalisé à Crescent Dunes un véritable tour de force en résolvant tous les problèmes liès à ces systèmes, manipulation des sels fondus, résistance des circuits à la chaleur et à la corrosion.
La société est en train de mettre au point un nouveau récepteur de chaleur en céramique qui permettra de chauffer les sels fondus jusqu’à 714° C, ce qui augmentera l’efficacité du système. Des progrès sont aussi envisagés dans la conception des héliostats pour réduire leur coût.
Solar Reserve s’est associée à une société publique chinoise, la Shenshua Group Corporation, productrice d’énergie et plus grand extracteur mondial de charbon, pour construire en Chine des centrales solaires thermiques à stockage pour produire une puissance totale de 1000 MW.
Pour en savoir plus :
www.solarreserve.com
