Qu’est-ce qu’une centrale solaire thermodynamique ?

Une centrale solaire thermodynamique concentre les rayons de l’astre solaire pour produire une très haute chaleur, qui sera ensuite transformée en électricité. Elle se distingue des centrales photovoltaïques, qui se servent de l’énergie lumineuse du soleil pour créer directement de l’électricité au moyen de cellules photosensibles. Comme pour toute énergie solaire, l’énergie solaire thermodynamique ne produit pas directement de déchets ni de gaz à effet de serre.

 

Le fonctionnement d’une centrale solaire thermodynamique

Elle est pourvue de miroirs réfléchissants, qui lui permettent de concentrer les rayonnements solaires sur un fluide caloporteur afin de le chauffer. Ce fluide peut être de l’air, des huiles, de l’eau liquide ou encore des sels fondus. Il transmet sa chaleur, qui peut aller de 400 à 1 000 °C à un circuit d’eau qui produit de la vapeur sous pression, laquelle entraîne une turbine qui à son tour entraîne un générateur afin de produire un courant électrique alternatif. Une telle installation concentrant l’irradiation solaire s’appuie sur des principes connus depuis l’Antiquité, comme en témoigne le mythe des « miroirs ardents » d’Archimède.

 

L’intérêt de la centrale solaire thermodynamique

Certes, ces installations coûtent bien plus chères que les équipements photovoltaïques, la moyenne mondiale du mégawatt-heure (MWh) de l’énergie solaire concentrée variant de 100 à 200 dollars, contre 40 à 50 dollars pour celui de l’électricité photovoltaïque. En outre, elles nécessitent beaucoup d’espace, de sorte que nombre d’entre elles sont dans des déserts, comme en Californie et en Arizona.

Mais tout l’intérêt de ces équipements réside dans les possibilités de stockage de l’énergie. En effet, il est beaucoup plus facile de stocker de la chaleur que de l’électricité, et tout particulièrement lorsque le fluide caloporteur est constitué de sels fondus. L’électricité peut être retenue jusqu’à huit heures avant d’être transformée en électricité ; il est ainsi possible de récupérer de la chaleur solaire émise en milieu de journée pour alimenter un réseau électrique en début de soirée, quand la demande est à son maximum.

 

Les différents types de centrales solaires thermodynamiques

A partir du principe de fonctionnement de base, plusieurs types de centrales solaires thermodynamiques ont été imaginées.

D’une part, celles à tour, pour lesquelles un champ de quelques centaines voire milliers de miroirs orientables, pour suivre la progression de l’astre, sont installés au sol et renvoient les rayons du soleil sur une chaudière située tout en haut d’une tour. L’exemple type est celle d’Ivanpah, en Californie (392 MW, 173 500 héliostats). Une variante de cette construction est celle à miroirs de Fresnel.

D’autre part, celles à collecteurs cylindriques, pour lesquelles de longs miroirs tournent sur un axe horizontal afin de suivre la course du soleil ; les rayons de l’astre sont alors concentrés sur un tube à l’intérieur duquel circule le fluide caloporteur. Il s’agit par exemple de celle de Noor 1 au Maroc (160 MW, 500 000 miroirs, 4,8 km2).

Enfin, celles à collecteur parabolique, pour lesquelles le rayonnement solaire est concentré sur la focale de paraboles orientables à l’intérieur desquelles se situent de mini-centrales électriques. L’exemple est celui du parc près de Phoenix dans l’État de l’Arizona (1,5 MW), formé de 60 capteurs paraboliques.