Des particules solides pour exploiter l'énergie du Soleil
L'énergie solaire est une ressource renouvelable alternative importante qui permet de limiter l'impact environnemental négatif des émissions de dioxyde de carbone. L'énergie solaire concentrée (ESC) utilise des miroirs pour concentrer la lumière solaire et la capturer sous forme de chaleur, qui sert ensuite à faire tourner un moteur ou une turbine. L'un des principaux avantages de l'ESC par rapport à des technologies de production d'énergie renouvelable très variables comme l'énergie photovoltaïque ou éolienne est sa capacité à fournir de l'électricité à la demande grâce au stockage thermique. Cependant, pour produire de l'électricité de manière concurrentielle, des améliorations sont nécessaires concernant l'efficacité et le coût des centrales à ESC. L'un des moyens possibles pour améliorer les performances de l'ESC est d'augmenter la température de fonctionnement du fluide de transfert de chaleur (FTC) et du support de stockage. Dans le cadre du projet CSP2 (Concentrated solar power in particles), financé par l'UE, des chercheurs ont proposé un autre FTC, basé sur une suspension dense de particules solides. Il peut fonctionner jusqu'à des températures de 750 °C avec un rendement de 70-90 %, ce qui dépasse largement les performances des centrales à ESC de pointe qui utilisent des sels fondus comme FTC. Les membres du consortium ont développé et mis en fonctionnement avec succès un récepteur solaire pilote avec une capacité thermique de 100-150 kW qui était placé au point de concentration du four solaire de 1 MW du Centre national pour la recherche scientifique, en France. La boucle solaire a été testée pendant 8 heures, avec un débit d'environ 0,7 à 1,8 tonne par heure. Le récepteur solaire était composé de 16 tubes verticaux d'une longueur d'un mètre dans lesquels la suspension dense de gaz et de particules (SDP) se déplaçait vers le haut. Le FTC qui passe dans les tubes est une SDP. Les tubes rassemblés ensemble constituent l'absorbeur (récepteur) solaire, placé au-dessus d'un système central de réception d'ESC. Le nouveau FTC ne présente aucun danger et ne devient pas solide à basses températures. Il se comporte exactement comme un liquide, même s'il permet des températures de fonctionnement supérieures à 550 °C, pouvant aller jusqu'à 750 °C. La phase solide consiste en des particules minérales qui peuvent supporter des hautes températures. De plus, il peut être utilisé comme support de stockage d'énergie grâce à sa bonne capacité thermique. De grandes quantités de particules peuvent être facilement produites à faible coût sans développement de procédés chimiques. Les membres du projet ont également effectué des études de déploiement pour des installations d'ESC industrielles. Des évaluations économiques ont permis de comparer cette nouvelle technologie des SDP à celle des sels fondus. La solution du projet CSP2 qui consiste à utiliser des particules solaires dans un récepteur solaire est une alternative radicale aux FTC liquides ou gazeux utilisés jusqu'à maintenant. Comme les températures élevées nécessitent moins de matériaux de transfert de chaleur, la SDP permet une configuration de centrale qui utilise des cycles thermodynamiques à haut rendement comme le CO2 supercritique et des cycles combinés, aboutissant à des coûts réduits.
Mots‑clés
Particules solides, énergie solaire concentrée, fluide de transfert de chaleur, suspension dense de gaz et de particules, stockage d'énergie thermique à haute température
