Présentation thermosolaire

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    16-Jun-2015

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<p>Thermosolaire</p> <p>Le Thermosolaire Lnergie de demain</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>ContraintesAugmentation croissante du cot des combustibles fossiles; puisement des rserves mondiales des combustibles fossiles; Hausse des missions de CO2; Dpendance nergtique; Inscurit dans les approvisionnements</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Demande nergie primaire18000 16000 14000 12000 Mtep 10000 8000 6000 4000 2000 0 1980</p> <p>1990</p> <p>2000</p> <p>2010</p> <p>2020</p> <p>2030</p> <p>Taux de croissance: 1,6% par an entre 2006 et 2010T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Source: OCDE/IEA</p> <p>Cot des nergies (en /100KWh PCI)</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>volution des cours du ptrole et du fioul TBTS</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>volution des cours du charbon (en US $ par tonne)</p> <p>index</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Emissions CO2</p> <p>50 40 Giga tonne s 30 20 10 0 1980 1990 2000 Anne 2010 2020 2030</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Thermosolaire</p> <p>Opportunits</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cot Electricitcout petrole cout du CO2, 20/t capital, EX et M</p> <p>35 30 25 c /K W h 20 15 10 5 0 COL PAR 200 MW. COL PAR 200 MW. site 2200KWh/m2/an site 2800KWh/m2/an Cycle combin Turbine gaz Petrole300$ COLLECTEURS PARABOLIQUE 100$ 200$ 50$ 100$ 50$ 50$ 200$ 100$ 200$</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cot Electricit</p> <p>A partir de 70 $ la tonne de ptrole, les centrales solaires deviennent plus comptitives que les centrale brlant du fuel-oil; A partir de 130 $ la tonne de ptrole, les centrales solaires deviennent plus comptitives que les centrales turbine gaz en cycle ouvert.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cot lectricit</p> <p>25</p> <p>20</p> <p>c/KWh</p> <p>15</p> <p>10</p> <p>5</p> <p>0 COL PAR 200 MW site 2200KWh/m2/an COL PAR 200 MW site 2800KWh/m2/an Eolien Hydroelectrique</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>March CO2 (/tonne)</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Prvisions de la baisse des cots dnergie solaire</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>CAPACITE DES CENTRALES THERMOSOLAIRES</p> <p>CAPACTES DES CENTRALES THERMOSOLAIRES25 20 GW 15 10 5 0 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020</p> <p>Croissance; 36% entre 2006 et 2020T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Irradiation solaire moyenne</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Technologie ThermosolaireEnergie solaire peu dense: il faut concentrer les rayons pour obtenir des tempratures exploitables pour la production dlectricit: Concentration en une ligne; Concentration en un point.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Concentrateurs en ligne</p> <p>2 systme de concentration en ligne sont conus pour produire de llectricit grande chelle:Collecteurs paraboliques ; solar Millennium Miroirs plats: Fresnel</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Les centrales capteur cylindro-paraboliques</p> <p>La technologie des capteurs cylindro-paraboliques et actuellement la plus prouve des techniques de concentration solaire. De nombreuses installations ont dj t testes et commercialises, dont certaines dans les annes 80.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Configuration typique d'une centrale collecteurs cylindro-paraboliques</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Configuration typique d'une centrale collecteurs cylindro-paraboliquesL'nergie thermique reue au collecteur est absorbe par un tuyau mtallique l'intrieur d'un tube en verre sous vide. Le fluide (huile synthtique) qui circule l'intrieur du tuyau, est chauff une temprature d'environ 400C. Ce fluide est ensuite pomp travers des changeurs conventionnels afin de produire de la vapeur surchauffe qui actionne un turbognrateur lectrique.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Collecteur parabolique</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Collecteur parabolique</p> <p>Composant de base du champ solaire, il est compos : d'un rflecteur parabolique (miroir), en verre pauvre en fer etrecouvert d'une pellicule d'argent en sa partie infrieure, et d'un enduit spcial de protection; d'une structure mtallique, d'un tube rcepteur du systme de poursuite solaire.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Systme de poursuite solaire</p> <p>Le rle du mcanisme de poursuite est d'adapter l'inclinaison du capteur de manire ce que la radiation solaire incidente soit toujours perpendiculaire au rflecteur. la radiation rflchie au foyer de la parabole est concentre sur le tube rcepteur dans lequel circule le fluide caloporteur.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Systme de poursuite solaire</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Structure mtallique</p> <p>La structure mtallique est conue pour: rsister aux importantes contraintes mcaniques lies au vent. Assurer la compatibilit entre les dilatations thermiques ingales de l'acier et du verre.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Collecteur parabolique</p> <p>Miroir Tube absorbant</p> <p>Fondation Structure</p> <p>mtallique</p> <p>Systme de poursuite solaire</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Collecteur paraboliquedoit avoir les caractristiques suivantes : Bonne absorption du rayonnement : son coefficient d'absorption doit tre aussi lev que possible afin d'viter toute rflexion du rayonnement incident. Pertes thermiques limites : La temprature du tube dpassant gnralement 400C, les pertes par changes convectifs et radiatifs sont trs importantes. Afin de les limiter, le tube est entour d'une enveloppe de verre sous videT.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Le tube collecteur</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Collecteur paraboliqueLe collecteur parabolique permet : datteindre des taux de concentration compris entre 10 et 100 de collecter jusqu' 60% du rayonnement solaire incident; datteindre un rendement de conversion lectrique de pointe de 20% (production nette d'lectricit la radiation solaire incidente).</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Champ solaire</p> <p>Les collecteurs sont connects en srie pour former de longues files connectes en parallle. La taille du champ solaire dpend de la puissance dsire. Les collecteurs sont aligns dans la direction nord-sud, et disposent d'un systme monoaxial de poursuite du soleil dans la direction est-ouest. Un senseur permet de contrler la position du soleil par rapport la range de collecteurs. Cette information est transmise au systme de contrle central qui ajuste l'angle d'inclinaison.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Champ solaire</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Champ solaire Ain Beni Mathar</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Champ solaire Ain Beni Mathar</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Miroirs de Fresnel</p> <p>collecteurs focalisation linaire; Approximer la forme parabolique du collecteur par une succession de miroirs plans</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Principe de fonctionnement des miroirs de Fresnel</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Principe de fonctionnement des miroirs de FresnelUn premier tage de rflecteur est install sur le sol. Le rayonnement est rflchi au foyer de la parabole approxime par le jeu de miroirs. Un deuxime tage de rflecteurs redirige le rayonnement vers le tube rcepteur. Ce second tage de rflecteurs, joue aussi le rle d'isolant pour le tube rcepteur. Il est recouvert d'une importante couche d'isolation en sa partie suprieure. La partie infrieure est quant elle isole par une vitre.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Avantages des miroirs de Fresnel</p> <p>Cot infrieur des miroirs; pas de vide l'intrieur du tube rcepteur, ce qui facilite sa conception et sa durabilit; les contraintes mcaniques dus la pousse du vent sont rduites par la disposition plane des miroirs.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Prototype miroirs de Fresnel de 2500 m</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Systmes de conversion de lnergie solaire</p> <p>2 systmes de conversion de lnergie en lectricit sont adopts: CYCLE DE Rankine; cycle Combin intgr</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cycle de Rankine</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cycle de Rankine</p> <p>Le cycle de Rankine des centrales thermosolaires est un cycle thermodynamique dont lnergie solaire constitue la source chaude; Le rayonnement solaire chauffe, travers le tube absorbant, une huile thermique 400 C environ.; Lhuile thermique gnre de la vapeur qui actionne un turboalternateur.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Performance cycle de Rankine</p> <p>Utilisation annuelle moyenne : 2400 h (variations des radiations solaires en fonction de la journe et des saisons); ncessit de rajouter un rchauffeur avec combustible fossile pour assurer la continuit de production lor de la baisse de radiation ; Rendement rankine simple: 40% ; Rendement y compris rchauffeur avec combustible fossile : 35%</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cycle combin intgr</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cycle combin intgrLe cycle combin utilise: Une turbine gaz dans un premier stade pour la production dlectricit: Lenthalpie des gaz dchappement dans une chaudire dans un deuxime stade, pour gnrer de la vapeur et produire de llectricit travers une turbine vapeur. Les gaz dchappement constituent la source chaude au cycle vapeur classique. Lnergie solaire est intgre au cycle combin classique, et ne constitue la diffrence avec le cycle de Rankine, qune source dappoint.T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Performances Cycle combin</p> <p>La puissance dappoint du solaire atteint 20 30% de la puissance du cycle combin; Le systme solaire compense la baisse de puissance du cycle combin lorsque la temprature du site augmente; Le systme solaire augmente la rentabilit du cycle combin en amliorant lutilisation des turbines. Rendement cycle combin: 55 %</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Concentrateurs ponctuels</p> <p>2 systmes principaux:</p> <p>Tour centrale; Capteur parabolique.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Tour centrale</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Tour centrale</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Tour centrale</p> <p>Ce type de centrale est constitu par de nombreux miroirs concentrant les rayons solaires vers une chaudire situe au sommet d'une tour; L'avantage de la tour solaire par rapport aux capteurs cylindroparaboliques : les pertes l'ambiance sont infrieurs car la surface expose est limite.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Tour centrale</p> <p>Les miroirs uniformment rpartis sont appels hliostats; Chaque hliostat traque le soleil individuellement et le rflchit en direction d'un receveur au sommet de la tour solaire; Le facteur de concentration varie de 600 plusieurs milliers, ce qui permet d'atteindre des tempratures de 800 C 1000C.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Tour centraleLa tour permet de : collecter jusqu' 60% du rayonnement solaire incident; atteindre un rendement de conversion lectrique de pointe de 23% (production nette d'lectricit la radiation solaire incidente).</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>un Capteur parabolique avec moteur stirling</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Capteur parabolique</p> <p>Le capteur parabolique fonctionne d'une manire autonome. Il suit le soleil sur 2 axes afin de concentrer le rayonnement solaire sur le foyer de la parabole rflchissante. Le rapport de concentration est souvent suprieur 2000 avec une temprature de 750C. De toutes les technologies solaires, le capteur parabolique a dmontr les meilleurs rendements solaire-lectricit (29.4%). Un de leur principaux avantages est la modularit : ils peuvent en effet tre installs dans des endroits isols, non raccords au rseau lectrique.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Capteur parabolique</p> <p>le rcepteur, install sur le foyer du capteur parabolique, rcupre la chaleur du soleil; Le rcepteur transfre la chaleur reue un fluide de puissance (hydrogne ou hlium); Le fluide de puissance gnre llectricit selon le cycle sterling (moteur sterling)</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Cycle de Stirling</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Thermosolaire</p> <p>Cots et performances</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Estimated Current Cost of Parabolic Trough STPP (in $/kW total plant output)</p> <p>(prparation site, btiments Clture) (Champ solaire) (Systme huile HTF) (production elec) (auxiliaires) (ingnierie, support) (terrain) (imprvus)</p> <p>(Exp et Main)T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Thermosolaire</p> <p>Evaluation des cots</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Evaluation des cots</p> <p>Pour valuer le cot du KWh du projet de louvrage de production dnergie lectrique lors de ltude de faisabilit, on value le cot moyen actualis de llectricit. A cet effet, prend en compte: Le cot d'investissement; Le cot dexploitation et de maintenance; le cot du combustible; La dure de vie de louvrage; Le taux dintrt du financement tenant compte de linflation; Le taux dassurance.</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Evaluation du cot actualis de llectricit</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Thermosolaire</p> <p>Inconvnients des centrales solaires</p> <p>T.Majdoubi - prsentation thermosolaire du pr 04/02/10 l'ENSEM</p> <p>Consommation deau des centrales solaires</p> <p>les centrales thermosolaires (CSP) censes tre construites dans des rgions dsertiques qui manquent deau, requirent beaucoup deau douce pour le refroidissement du cycle et le nettoyage des miroirs :quatre fois plus que les centrales au gaz, deux fois plus que les centrales charbon ou nuclaires</p> <p>T.Majdoubi - prsen...</p>