REVUE INTERNATIONALE D'HELIOTECHNIQUE ENERGIE - ENVIRONNEMENT - N° 34 (2006) p.10-11
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Modélisation des centrales solaires thermodynamiques - Cas du projet PEGASE à Thémis
Pierre GARCIA1, Alain FERRIERE1, Jean-Jacques BEZIAN2
1Laboratoire PROMES, UPR CNRS 8521, 7 rue du Four Solaire, 66 120 Font-Romeu
2LGPSD , Ecole des Mines d’Albi, Campus Jarlard, 81013 Albi cedex 09
La conversion de l’énergie solaire en électricité par voie thermodynamique est une filière capable de contribuer de manière significative à un système énergétique européen durable à moyen et long terme. En plus des possibilités de stockage thermique et d’hybridation, des rendements élevés et de grandes perspectives d’améliorations technologiques placeront le solaire thermodynamique dans le groupe de tête des énergies renouvelables à l’horizon 2015.
Dans le cadre du réaménagement du site de la centrale Thémis, le laboratoire PROMES est porteur d’un projet, baptisé PEGASE, d’installation d’une turbine à gaz au foyer de la tour. Le fonctionnement du cycle à gaz sera en mode hybride solaire/hydrocarbure ou solaire seul. Les principaux avantages de la technologie hybride solaire-turbine à gaz sont : les rendements thermodynamiques de conversion élevés, l’hybridation qui permet la mise en place progressive de la filière, la modularité et la compacité des turbines à gaz, et le fort potentiel de réduction des coûts de production de l’électricité.
Ce travail de thèse porte sur la simulation des performances énergétiques et économiques des centrales solaires thermodynamiques en général, et dans un premier temps sur les systèmes hybrides solaire – turbine à gaz. Devant la nécessité de disposer de codes adaptés pour la modélisation de la concentration du flux solaire à travers un système champ solaire-tour, un tour d’horizon des logiciels utilisés dans le monde a été réalisé, détaillant leurs caractéristiques, forces et faiblesses, et la pertinence de leur emploi suivant les objectifs recherchés. Après cette étude, un code a été testé pour la simulation des performances optiques des héliostats de PEGASE : WINDELSOL, adaptation du logiciel DELSOL3 sous environnement Windows, qui permet la simulation complète d’un projet de centrale solaire mais se révèle peu adapté à la modélisation de centrales hybrides ou existantes.
Les performances optiques du champ d’héliostats calculées par WINDELSOL ont été intégrées dans un modèle d’analyse des performances annuelles de l’installation. Pour ce faire le modèle développé lors du programme européen ECOSTAR a été adapté à la simulation de la boucle PEGASE dans le but d’évaluer la production potentielle de l’installation en fonction de différents modes d’exploitation, et de comparer ses performances avec d’autres modèles, d’autres expériences, ou sous d’autres climats.
Une analyse exergétique est en cours afin d’identifier les principaux postes de pertes de l’installation. Par la suite, le code SOLTRACE sera utilisé pour calculer par lancer de rayons les cartes de flux solaire concentré sur les parois des modules du récepteur solaire placé au sommet de la tour de Thémis, en fonction de la configuration du champ d’héliostats et du récepteur. Ces résultats seront intégrés dans un modèle dynamique pour étudier le comportement du système en régime transitoire, lors de passages nuageux par exemple.