nergie solaire

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Énergie solaire

• Une solution davenir?

T.P.E de J.Delage, S.Gaffié, E.Gagneret, A.Sainjon
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Utilisation industrielle

• I. Les centrales solaires
• a) Les centrales à capteurs paraboliques
• b) Les centrales à tour
• c) Les centrales à capteurs cylindro-paraboliques
  

• II. Les fours solaires
• a)Historique et principe du four solaire
• b) Le four solaire dOdeillo

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I. a) Les centrales à capteurs paraboliques

• Déjà dès l'Antiquité, les Grecs utilisaient un
  miroir parabolique pour allumer la flamme des
  Jeux olympiques (776 av. J.-C.). En 1878,
  Augustin Mouchot met au point la première machine
  à vapeur fonctionnant avec un miroir parabolique.
  Le principe est le suivant  au-dessus du
  miroir, un récepteur de petite dimension est
  placé au point de convergence des rayons (le
  foyer de la parabole). Ce récepteur assure, en
  même temps, l'absorption du rayonnement solaire
  et sa conversion en énergie mécanique puis
  électrique.
• Les capteurs paraboliques fonctionnent de manière
  autonome. Ils suivent le soleil sur deux axes
  afin de concentrer le rayonnement solaire sur le
  foyer de la parabole réfléchissante. Le rapport
  de concentration est souvent supérieur à 2000 et
  la température y est proche de 750C.
• Si un moteur  Stirling  est placé au
  foyer de la parabole, la chaleur du soleil peut
  faire travailler un fluide comprimé afin de
  générer de lélectricité
• Chaque capteur est une mini centrale, qui
  produit de lélectricité et en en associant
  plusieurs, on peut augmenter la puissance.

Depuis 30 ans de nombreux prototypes ont vue le
jour, l'objet principal a été d'augmenter les
performances et de diminuer les coûts.
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Fonctionnement dun capteur parabolique

• Différents capteurs paraboliques 
• Le capteur parabolique  Euro-dish , développé
  sur la Plate-forme dAlmeria, en Espagne, est en
  cours dessais sur plusieurs sites dEurope.

• Le capteur parabolique  Dish-stirling ,
  développé par Stirling Energy Systems (SES) à
  Phoenix, en Arizona. Cette centrale solaire, avec
  une puissance de 25 kW, est laboutissement dune
  vingtaine dannées de recherches. Ce modèle doit
  être commercialisé en 2004.

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Quelques applications Des capteurs de 50 mètres
carrés (m2), expérimentés en France à
Saint-Chamas dans les Bouches-du-Rhône ont fourni
une température de 300 C. L'Australie a mis en
uvre un ensemble de capteurs de 400 mètres
carrés (m2) pour fournir une puissance électrique
totale de l'ordre de 2 MW. La centrale de Warner
Springs aux USA est composée de systèmes
contenant chacun 24 miroirs paraboliques disposés
en coupelles (les héliostats) la puissance
électrique maximale du site atteint 25  MW.
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I. b) Les centrales à tour

• Ici on utilise de nombreux miroirs plans (des
  miroirs dont la surface est plate) qui
  concentrent le rayonnement solaire sur une
  chaudière placée en haut dune tour. Les miroirs
  ou  héliostats  sont conçus pour tourner avec
  le soleil. Le rayonnement doit être dirigé vers
  le foyer avec une grande précision afin de
  concentrer lénergie thermique pour assurer des
  températures poche de 600C.
• A la différence dune centrale cylindro-paraboliqu
  e, les déperditions dénergie dans le transfert
  de chaleur sont minimisées. Cependant, les
  centrales à tour doivent être très grandes pour
  trouver une rentabilité et le développement
  industriel est toujours dans les premières phases
  dexpérimentation.

Disposition des capteurs plans dans une centrale
à tour
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• Lexpérimentation a commencé aux Etats-Unis au
  laboratoire de SANDRIA à Albuquerque en 1976. La
  centrale avec une tour de 63 m et 222 héliostats
  contrôlés par ordinateur a permis de fournir une
  puissance thermique de 5 MW. Depuis, la recherche
  a continué en France et en Espagne, avec la
  participation active des laboratoires allemands.
• THEMIS est lunique essai français de production
  délectricité au moyen dune centrale solaire à
  tour. Le projet de recherche a démarré en 1975,
  autour dune équipe mixte EDF-CNRS. La centrale a
  été livrée pour des essais dexploitation en 1983
  et abandonnée en septembre 1986.

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• SOLAR 1, construit à Barstow en Californie, était
  opérationnel de 1982 à 1988. Cette centrale
  comportait 1800 héliostats et avait une puissance
  thermique de 10 MW. Leau dans la chaudière
  était transformée directement en vapeur et
  utilisée dans une turbine.
• SOLAR 2 est le résultat dune rénovation complète
  de Solar 1 et de lintroduction de la technologie
  de sel fondu comme caloporteur. Cette centrale
  expérimentale du Département dEnergie et de
  lentreprise Edison de Californie du Sud, a
  démarré en 1996. Les recherches sur ce site ont
  démontré que le système de stockage de la chaleur
  avec du sel de nitrate fondu est opérationnel.
  Ainsi, une partie de lénergie thermique peut
  servir pour produire de lélectricité pendant les
  périodes nuageuse ou pendant la nuit. Cétait une
  étape essentielle pour la commercialisation de la
  technologie.

La centrale SOLAR 2 avec 1926 héliostats autour
de la tour
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Vue d'un héliostat de la centrale Solar 2.La
puissance thermique de 35,5 MW a générée une
puissance électrique de 10 MW.
Stockage de chaleur à SOLAR 2 Ces 2 réservoirs
de sel fondu permettent une production électrique
de pleine puissance pendant 3 heures sans soleil

• SOLAR TRES est un projet espagnol qui sera
  réalisé en partenariat avec des industriels
  américains et allemands, suite aux expériences
  menées à Solar 2 et Almeria. Il doit utiliser la
  technologie de sel fondu fin dassurer jusquà 16
  heures de stockage, et de permettre à une turbine
  de 15 MW de fonctionner jusquà 24 heures par
  jour.

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I. c) Les centrales à capteurs cylindro-paraboliqu
es

• Cest le procédé solaire qui a produit le plus
  délectricité sur Terre. Il est utilisé dans la
  plus grande centrale thermique solaire au monde à
  Kramer Junction en Californie, où cinq  SEGS 
  (Solar Electric Generating Systems) de 30 MW,
  soit 150 MW de capacité électrique solaire sont
  raccordée au réseau californien. Les centrales
  thermiques solaires en Californie ont une
  puissance total de 354 MW.

La centrale solaire de Kramer Junction en
Californie
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• Le système SEGS utilise de nombreuses rangées
  de capteurs cylindro-paraboliques réfléchissantes
  orientées est-ouest, dune centaine de mètres de
  longue. Les capteurs suivent le mouvement
  apparent du soleil et concentrent le soleil, de
  30 à 100 fois, au point focal du miroir
  parabolique. Lénergie thermique reçue au point
  focal est absorbée par un tuyau métallique à
  lintérieur dun tube en verre sous vide. Le
  fluide (huile synthétique) qui circule à
  lintérieur du tuyau, est chauffé à 400C. Ce
  fluide est ensuite pompé à travers des échangeurs
  conventionnels afin de produire de la vapeur
  surchauffée qui fait fonctionner une turbine ou
  un générateur électrique. Le cycle recommence
  quand le fluide refroidi dans les échangeurs
  retourne au circuit des capteurs.

Capteurs cylindro-paraboliques à la centrale
solaire de Kramer Junction en Californie

• La centrale est conçue pour fonctionner avec
  l'énergie solaire uniquement. Cependant, un
  appoint de gaz est utilisé pendant les périodes
  nuageuses ou en fin de journée afin d'assurer une
  production continuelle.

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• Une centrale solaire de 64 MW est en construction
  près de Boulder City, dans l'état de Nevada. Elle
  doit être raccordé au réseau électrique en 2007
  afin de satisfaire les besoins d'environ 40.000
  familles.
• La société israélienne Solel qui a développé le
  concept "Luz" réalisé à Kramer Junction dans les
  années 80 doit construire une nouvelle centrale
  solaire à Ashlim à 40 km au sud de Beer-Sheva en
  Israël. Cette centrale sera construit en 2006 et
  devrait avoir une puissance électrique de 500 MW
  à terme, soit 2 de la puissance demandée en
  Israël. La surface nécessaire à linstallation
  sera de 900 hectares.

Tube absorbeur
Réflecteur
Tuyauterie
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II. a) Historique et principe du four solaire

• Historique 
• En 1944, les Allemands quittent la France et
  abandonnent à Mont-Louis un projecteur DCA pour
  repérer les avions. C'est un miroir parabolique
  orientable au foyer duquel est placée une forte
  ampoule, ce qui donne un faisceau de lumière
  parallèle. On dirige alors ce projecteur vers le
  ciel, la nuit.
• Un professeur en vacances à Mont-Louis eut l'idée
  de réutiliser ce projecteur abandonné là, mais à
  l'envers on le dirige vers le soleil (de jour
  donc), et les rayons parallèles du soleil sont
  concentrés grâce au miroir parabolique vers le
  foyer. Si on tient une bûche pile à cet endroit,
  elle prend instantanément feu.

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• Plus tard, le CNRS a eu l'idée d'utiliser cette
  découverte à des fins de recherche un four
  solaire, utilisant le même principe, fut
  construit à Odeillo. En effet, c'est l'endroit le
  plus ensoleillé de France 3000 heures de soleil
  par an (soit 300 jours sur 365).

Four solaire dOdeillo
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(No Transcript)
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(No Transcript)