Production d’électricité par système Parabole-Stirling
François NEPVEU1, Alain FERRIERE1, Françoise DAUMAS-BATAILLE2, Isabelle VERDIER3, Philippe LEFEVRE4
1Laboratoire PROMES, UPR CNRS 8521, 7 rue du Four Solaire, 66120 Font-Romeu
2Laboratoire PROMES, UPR CNRS 8521, Tecnosud, 66100 Perpignan
3CREED, zone portuaire de Limay, 291 avenue Dreyfous Ducas 78520 Limay
4EDF R&D, 1 avenue du Général de Gaulle, 92141 Clamart Cedex
Francois.nepveu@promes.cnrs.fr
Résumé
Les systèmes parabole-Striling constituent à l’heure actuelle une solution crédible pour utiliser un moteur Stirling dans un système de conversion d’énergie solaire en électricité. Le principe est de concentrer le rayonnement solaire grâce à une parabole sur un récepteur dans lequel circule le gaz de travail du moteur Stirling. L’intérêt est le rendement élevé de conversion solaire-électrique, le faible impact environnemental, et les possibilités d’évolution vers un fonctionnement hybride solaire-gaz ou biogaz et vers la cogénération.
Dans le cadre d’un projet du ministère Allemand de l’environnement et avec l’aide de l’ADEME, depuis juin 2004, le laboratoire PROMES du CNRS à Font-Romeu a installé un prototype EURODISH d’une puissance de 10kW électrique. Ce prototype, développé par la DLR avec un consortium industriel allemand met en œuvre une parabole de 53m2 de surface utile. L’objectif est de démontrer la fiabilité du système, et d’analyser les performances de chacun de ses composants. De plus, le retour d’expérience permet de proposer des modifications de conception et de quantifier les coûts d’exploitation et de maintenance. De façon générale, on constituera une base de données permettant de définir les futurs objectifs pour le développement de cette filière et ainsi contribuer à court ou moyen terme à son industrialisation. Au plan économique, la réduction des coûts d’investissement et d’exploitation est un objectif majeur. Depuis l’installation d’une unité à Font-Romeu, plus de 2000 h de fonctionnement ont été cumulées avec un rendement solaire-électrique maximum observé de 23% pour une production de 14600 kWh électrique.
En collaboration avec EDF Recherche & Développement et le Centre de Recherche pour l’Environnement, l’Energie et le Déchet (CREED), ce travail de thèse porte sur une étude complète des capacités de ces systèmes et de leurs évolutions.
Dans un premier temps, cette étude passe par un état de l’art complet sur les centrales solaires thermodynamiques en s’intéressant tout particulièrement aux différents systèmes Parabole-Stirling existants et par un bilan sur le fonctionnement du prototype EURODISH installé, en terme de puissance, de rendement, et de fiabilité dans le cadre du programme ENVIRODISH.
Dans un deuxième temps, une modélisation de la conversion énergétique solaire-électricité est en cours afin d’évaluer les performances de ces systèmes pour une application donnée. Une étude technico-économique sera également réalisée pour étudier les possibilités d’utilisation de ce type de systèmes (résidentiel ou industriel, en site isolé ou accordé au réseau...) et les coûts de l’électricité produite. Pour cela, une comparaison avec d’autres systèmes de production d’électricité a démarré en s’appuyant sur des méthodes d’analyses multicritères.
Dans un dernier temps, nous nous intéresserons aux différentes possibilités d’évolution de ces systèmes. En effet le fonctionnement de ces systèmes offre des possibilités de stockage thermique, d’hybridation en installant un brûleur à gaz par exemple et de cogénération en récupérant la chaleur perdue dans le circuit de refroidissement du moteur Stirling.
