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Centrales solaires : de nouveaux mélanges stockent mieux la chaleur

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Des sels fondus sont utilisés dans certaines centrales solaires thermodynamiques pour stocker de la chaleur et produire de l'électricité la nuit. La société américaine Halotechnics a développé trois nouveaux mélanges (composés de sels ou de verres) permettant d'accroître la rentabilité des installations. Le coût du kilowattheure solaire pourra peut-être bientôt rivaliser avec celui des centrales à carburant fossile. 

La centrale solaire Thémis se trouve dans les Pyrénées Orientales. La tour fait 101 mètres de haut. Le site se compose également de plus de 200 réflecteurs au sol, appelés héliosats. Sa production électrique quotidienne est actuellement d'environ 115 kilowattheure. © David66, Wikimedia Commons

Le soleil est une source intarissable d'énergie pour notre planète. Deux types de centrales l'exploitent au mieux pour produire de l'électricité : photovoltaïque et thermodynamique. Elles font cependant face à deux problèmes majeurs, qui sont le coût de production élevé (avec une production intermittente) et la dépendance au jour et à l'état de la couverture nuageuse.

Les centrales thermodynamiques concentrent les rayons solaires, grâce à un jeu de réflecteurs, sur un fluide caloporteur. Celui-ci transmet alors sa chaleur à un circuit d'eau dont la vapeur alimente une turbine. Ce dispositif présente un avantage de taille par rapport à son concurrent photovoltaïque : la chaleur peut être stockée le jour pour produire du courant la nuit. Pour ce faire, l'énergie solaire est utilisée pour élever la température de mélanges de sels fondus, jusqu'à une température de 565 °C, stockés dans des réservoirs isothermes. À la nuit tombée, ils passent au travers d'échangeurs thermiques où ils provoquent l'évaporation de l'eau alimentant les turbines.

À l'heure actuelle, le rendement des centrales solaires hydrodynamiques est partiellement bridé par la composition des mélanges de sels. La société américaine Halotechnics pourrait néanmoins repousser les limites. Elle développe trois nouveaux composés permettant dans un premier temps de diminuer les coûts de production puis, dans un second temps, d'augmenter les capacités de stockage de la chaleur. S'ils sont exploitables à grande échelle, le prix du kilowattheure pourrait fortement diminuer dans les années à venir et rivaliser avec celui des centrales à carburant fossile.

Ces petites billes de verre pourraient stocker jusqu'à 1.200 °C de chaleur. Leur exploitation permettrait de rentabiliser au mieux la production d'électricité de nuit au sein des centrales solaires thermodynamiques. © Halotechnics

Du sel et du verre pour remplacer le soleil la nuit

Le premier assemblage ne nécessite aucune modification dans les centrales existantes. Il présente les mêmes caractéristiques que les produits employés à ce jour (fonte à 300 °C et température maximale de 565 °C) mais... il coûte 20 % moins cher. Sachant qu'une installation américaine classique utilise 30.000 tonnes de sels à 1.000 dollars l'unité, les économies pourraient être considérables.

Le deuxième composé correspond à un mélange de sels amélioré. Sa principale caractéristique : il peut chauffer jusqu'à 700 °C (en gardant une température de fusion de 300 °C). Une plus grande quantité d'énergie thermique pourrait être stockée sans changer la taille des installations. Son utilisation ferait passer le rendement des centrales de 42 à 48 %. Il faut toutefois voir si les structures actuelles peuvent contenir un liquide si chaud.

Le troisième produit se compose d'un verre particulier. Il fond à 400 °C et peut être chauffé jusqu'à 1.200 °C ! Le rendement des centrales pourrait alors passer à 52 %. Un problème de taille s'oppose à son exploitation : les installations solaires actuelles ne sont pas conçues pour supporter de telles températures. Il faut donc en concevoir des nouvelles. Son utilisation ne sera pas effective avant plusieurs années mais il a le mérite d'offrir de belles perspectives d'avenir pour la filière.

L'emploi de mélanges supportant de très hautes températures est économiquement avantageux pour plusieurs raisons. Un même volume de stockage abriterait trois fois plus d'énergie thermique, abaissant les coûts d'emmagasinage. Par ailleurs, le nombre de miroirs requis pourrait également diminuer de 25 % (selon l'entreprise), faisant ainsi baisser les coûts de construction des installations. Finalement, une meilleure exploitation des turbines la nuit accélèrerait l'amortissement des centrales.

À terme, Halotechnics estime que ses innovations permettront aux centrales solaires thermiques de rivaliser avec des installations brûlant des carburants fossiles. Elles seront en effet affranchies des deux problèmes majeurs liés à l'exploitation de l'énergie solaire. Le coût du kilowattheure produit pourrait descendre à 0,06 dollar (0,045 euro). Précisons tout de même que ces produits n'ont pas encore été testés en conditions réelles. Le premier mélange devrait être utilisé dans une centrale pilote durant l'été 2012.

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