Des particules solides pour exploiter l'énergie du Soleil

L'énergie solaire est une ressource renouvelable alternative importante qui permet d'atténuer l'impact environnement négatif des émissions de dioxyde de carbone. L'énergie solaire concentrée (ESC) utilise des miroirs pour concentrer la lumière solaire et la capture en tant que chaleur, pour faire fonctionner un moteur ou une turbine. Pour produire l'électricité de manière concurrentielle, l'efficacité et la sécurité des centrales d'ESC ont été améliorées. Un facteur limitant des centrales d'ESC actuelles est le fluide caloporteur.

L'objectif du projet CSP2 («Concentrated solar power in particles») est d'utiliser un mélange de gaz dense et de particules en suspension comme solution de remplacement au fluide caloporteur qui permet de travailler à des températures supérieures à 550° C. La phase solide implique que toute substance minérale particulaire subsiste à hautes températures. Les particules solides peuvent également être utilisées comme milieu de stockage d'énergie thermique en raison de leur capacité thermique élevée.

Comparé au fluide caloporteur standard, le matériel de particules solides a de nombreux avantages concernant l'impact écologique et les inquiétudes de sécurité. De grandes quantités de particules peuvent être aisément produites à un faible coût sans développement de processus chimiques.

L'objectif général du projet est de démontrer la performance d'un récepteur pilote avec une capacité thermique de 100 à 150 kilowatts. Jusqu'à présent, les membres du projet ont modélisé le transfert de chaleur et le flux de liquide du mélange de gaz et de particules en suspension dans des tubes et dans un récepteur solaire de faisceaux tubulaires complet. Dans le cadre de plusieurs expériences, d'une part, les particules en circulation ont été réchauffées jusqu'à 750° C (avec un préchauffage à 500° C) dans un récepteur solaire de faisceaux tubulaires de test, et d'autre part, le récepteur pilote a été mis en marche dans un circuit fermé pendant jusqu'à 5 heures avec une vitesse de circulation de particules de 1 t/h, dans une première série d'essais. Des études à grande échelle ont été réalisées dans des installations d'ESC industrielles. Le modèle technique a prévu une bonne performance thermique pour une capacité thermique de 10 à 50 mégawatts avec une efficacité supérieure à 70 %. L'étude d'évaluation d'impact environnemental est en cours et a jusqu'à présent démontré que l'attrition particulaire était très basse.

La solution de CSP2 d'utiliser des particules solides dans un récepteur solaire est une solution de remplacement radicale au fluide ou gaz caloporteur. Étant donné que les températures élevées nécessitent moins de matériau à transfert thermique, le mélange de gaz dense et de particules en suspension permet une configuration d'usine qui entraîne de nombreuses économies.