Le solaire thermodynamique
Mis à jour le 05/08/2020
Inépuisable et bien répartie dans le monde, l’énergie solaire permet de produire soit de la chaleur, soit de l’électricité à travers différents procédés de captation. Le solaire thermodynamique en fait partie.
Le solaire thermodynamique : qu’est-ce-que c’est ? Comment ça fonctionne ?
Le solaire thermodynamique ou CSP (Concentrated Solar Power) désigne l’ensemble des techniques visant à transformer l’énergie du rayonnement solaire en chaleur pour la convertir en énergie électrique, au moyen d’un cycle thermodynamique moteur couplé à une génératrice électrique (une turbine et un générateur, par exemple). Le solaire thermodynamique est principalement destiné aux pays à fort ensoleillement et permet, contrairement aux centrales photovoltaïques, de lisser plus facilement la production grâce à un stockage thermique tampon moins onéreux que les systèmes de batterie.
Une centrale solaire thermodynamique est constituée des éléments suivants :
- un dispositif optique de concentration du rayonnement solaire ;
- un système de production de chaleur composé d'un récepteur, d'un fluide caloporteur et, éventuellement, d'un moyen de stockage ;
- un sous-système de conversion de la chaleur en électricité.
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(Source : feuille de route solaire thermodynamique)
Un concept flexible qui offre différents niveaux de performance
Le solaire thermodynamique se prête bien au stockage d'énergie, qui permet à la centrale de produire pendant les périodes où l’ensoleillement est faible ou nul. Son rendement moyen de production d'électricité, qui varie fortement selon la température, est de l’ordre de 8 à 10 % pour les plus basses températures et peut dépasser 30 % pour les plus hautes.
La production électrique solaire thermodynamique est particulièrement adaptée aux régions à fort ensoleillement direct. Principalement basé sur des technologies à concentration, le solaire thermodynamique ne permet en effet de tirer parti que du rayonnement solaire direct. Une exception concerne cependant l’utilisation des capteurs à tubes sous vide, qui s’affranchissent de la nécessité de concentrer le rayonnement solaire et tirent aussi parti du rayonnement diffus (rayonnement total = rayonnement direct + rayonnement diffus).
La carte ci-dessous présente les régions à fort ensoleillement, propices à l’implantation du solaire thermodynamique. Dans les zones les plus favorables à l’utilisation de l’énergie solaire concentrée, l’ensoleillement direct est supérieur à 2 000 kWh/m2/an. En France, hormis dans quelques zones très restreintes, l’ensoleillement direct n’est pas suffisant pour envisager, sur le territoire national, des projets économiquement viables à ce jour.
Les principaux marchés du solaire thermodynamique sont :
- la production d’électricité de masse (de plusieurs MW à plusieurs dizaines de MW) ;
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- la production d’électricité en zones mal interconnectées ou isolées ;
- l’industrie, soit pour combler les besoins en électricité, ou en chaleur pour les processus haute température, soit pour sécuriser l’approvisionnement en énergie des industriels implantés en réseaux isolés ou mal interconnectés.
Le solaire thermodynamique hier, aujourd’hui et demain
Lancée en 1977 en Cerdagne, dans les Pyrénées-Orientales, la centrale solaire thermodynamique THEMIS fut la première mondiale. Elle sera cependant arrêtée dès 1986, en raison de la baisse des cours du pétrole. Étant donné la faible intensité du rayonnement solaire en France, peu de projets commerciaux ont depuis vu le jour. Mais le soutien à la R&D a été récemment relancé et l’accent mis sur les projets de démonstration, destinés à être des vitrines du savoir-faire français pour de futurs projets commerciaux, notamment à l'export. Dans d’autres pays, tels que l’Espagne, les États-Unis ou bien la Chine, où les conditions sont favorables au déploiement du solaire thermodynamique, des projets de grande ampleur voient déjà le jour.
Au niveau mondial, les perspectives de déploiement du solaire thermodynamique sont les suivantes :
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En France, les principaux projets des acteurs du solaire thermodynamique visent :
- à déployer à l’export le savoir-faire français ;
- à réduire les coûts des composants ;
- à développer des moyens de stockage adaptés.
Les feuilles de route solaire thermodynamique de l’ADEME et de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie) détaillent les grandes lignes de ces projets.
L’action de l’ADEME
Depuis fin 2010, dans le cadre du programme Investissements d’avenir, l’ADEME a lancé, en tant qu’opérateur de l’État, des appels à manifestation d’intérêt (AMI). L’un deux concerne le solaire (y compris thermodynamique) et a pour objectif de soutenir les projets innovants à visée industrielle et commerciale, pour un développement et un déploiement sur court (trois ans) et moyen termes (cinq à six ans). Il a notamment permis de financer cinq projets de démonstration.
