L énergie solaire concentrée Gilles Flamant PROMES-CNRS UPR8521 Font Romeu - Perpignan

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1 1er colloque Energie CNRS & Académie des Technologies : La Recherche au cœur de la transition Energétique L énergie solaire concentrée Gilles Flamant PROMES-CNRS UPR8521 Font Romeu - Perpignan

2 Solaire Concentré Principes Forces / Faiblesses Défis scientifiques et techniques Complémentarité avec le solaire photovoltaïque Options à long terme Position du CNRS

3 Principes / Applications Augmenter la densité de flux de photons solaires sur une surface donnée pour accroître son potentiel énergétique PV à concentration Système de concentration Chaleur industrielle Electricité (conversion thermodynamique) Combustibles de synthèse

4 Principes / Concentrateurs Concentration Réception Linéaire (100 soleils) Ponctuelle ( soleils) 500 C 1000 C-1500 C Fixe Mobile

5 Sous-systèmes de conversion, soleil électricité Principes / Système Fluide de transfert Rayonnement Stockage Fluide de travail Système de concentration Récepteur Cycle thermodynamique Appoint combustible

6 Principes / Positionnement Paramètre Thermique à concentration (CSP) Photovoltaïque (PV) Ressource solaire Rayonnement direct Rayonnement total (direct + diffus) Mode de conversion Thermodynamique Electronique Stockage Thermique Electrochimique Hybridation Oui Non Effet de taille Oui Non Disponibilité 25%-70% 20%-25%

7 Forces / Faiblesses FORCES Stockage massif d énergie possible grâce au stockage thermique (4h à 15h de production, efficacité supérieure à 95%). Hybridation aisée avec les autres sources d énergie thermique fossiles ou renouvelables. FAIBLESSES Développement très récent (2 GW CSP dans le monde, 40 GW PV en Europe) Ressource limitée en France

8 Défis scientifiques et techniques Changement d échelle : de Thémis à Crescent Dunes MW th héliostats 110 MW e, 4h stockage MW th Gemasolar (Espagne) MW th Solar two (USA) 10 MW th 200 héliostats

9 Défis scientifiques et techniques Cycles thermodynamiques performants : Augmenter le rendement des centrales solaires de 50% (20% à 30%)

10 Défis scientifiques et techniques Cycles thermodynamiques performants : Recherches à PROMES, le projet PEGASE Récepteur solaire : air 750 C 1100 C Stockage HT Hybridation

11 Défis scientifiques et techniques Augmenter le rendement des centrales de 50% (20% à 30%): Recherches associées Systèmes de concentration : optique, implantation, contrôle Récepteurs solaires HT : matériaux, transferts thermiques Fluides de transfert : fluides stables à HT, double fonction (transfert et stockage) Stockage : nouveaux matériaux, système Cycles thermodynamiques performants et poly-génération Centrale : optimisation système

12 Défis scientifiques et techniques Augmenter le rendement des centrales de 50% (20% à 30%): Recherche pluridisciplinaire Sous systèmes Défis disciplines Syst. concentration Récepteur solaire Fluide de transfert Stockage Cycles thermodynamiques Densification, fiabilité, contrôle, distribution du flux réfléchi Surfaces sélectives stables HT Résistance à HT Intensification des transferts Propriétés thermodynamiques et stabilité Stabilité à HT, matériaux à changement de phase, stockage thermochimique Couplage avec système solaire Optique, électrotechnique, automatique Nanomatériaux Thermomécanique Thermique Thermodynamique Chimie Thermodynamique, chimie, thermique, génie des procédés Thermodynamique, combustion

13 Complémentarité CSP / PV La synergie PV et CSP permet d accroître la fraction solaire acceptable par les réseaux électriques et la pénétration du PV grâce à «l atout stockage» du solaire thermodynamique Etude de cas : réseau californien Source: P. Denholm, M Mehos, NREL Report, Nov. 2011

14 Options à long terme Les combustibles de synthèse : produire des combustibles (liquides) grâce au solaire concentré (1000 C 1600 C) Voie 1 Matériaux carbonés (biomasse, déchets ) Gaz de synthèse Voie 2 Eau et dioxyde de carbone 20%-40% Soleil 100% Soleil Gaz de synthèse FT Comb. Liq. Systèmes Redox : Fe III / Fe II ; Ce IV /Ce III ; Zn II / Zn 0 ; Sn IV /Sn II CO H 2 Reaction de H 2 O and CO 2 avec Ce 0.75 Zr 0.25 O 2

15 Position du CNRS Equipex SOCRATE : Plateforme nationale sur le solaire à concentration (de 1 kw à 5 MW) Fours solaires de 1 kw à 1 MW Boucle cylindro-parabolique de 150 kw avec stockage (2013) Concentrateur à tour de 5 MW (Thémis, CG66)

16 Shams 1, 100 MW e Merci de votre attention