Centrale solaire Thémis
Pays : France
Coordonnées : 42° 30′ 05″ N 1° 58′ 27″ E
Technologie : Centrale électrosolaire à tour à caloporteur sels fondus
Puissance : 2,5 MW
Date de mise en service : 1983
Technologie : Centrale électrosolaire à tour à technologie HSGT
Puissance : 2,0 MW
La centrale solaire Thémis est l'une des premières centrales électrosolaires à tour au monde. Mise en service en 1983, ses 201 héliostats et sa tour de 101,50 mètres de haut lui permet d'obtenir une puissance électrique de 2,5 MW. Cependant, elle fût arrêtée en 1983 pour différentes raisons. 20 ans après, sous l'impulsion des pouvoirs publics, la centrale Thémis est réhabilitée pour devenir une centrale pilote utilisant une technologie à air comprimé et le reste du site devient une plateforme d'innovation accueillant divers projets d'énergie solaire thermique et photovoltaïque.
Sommaire
Histoire
L'histoire de la centrale solaire Thémis commence avec la construction du four solaire d'Odeillo dans les années 60. A la suite du premier choc pétrolier de 1973, les chercheurs du four solaire orientèrent davantage leurs travaux vers la transformation de l’énergie solaire en électricité. C'est ainsi que le CNRS et EDF commence à étudier dès 1976 les centrales électrosolaires à tour sous le programme THEM (Thermo-Hélio-Electrique-Mégawatt)[1].
Le 30 septembre 1977, le Conseil des Ministres décide de l'implantation de la Centrale THEM 1, dans les Pyrénées Orientales. Un commissariat à l'Energie Solaire (COMES) est créé en 1978, et le 20 juin 1979, le Conseil des Ministres décide de réaliser Thémis dans le cadre du programme thermodynamique de conversion de l'énergie solaire.
Le CNRS et EDF proposent alors de construire ensemble un Centre National d'Essais Solaire (CNESOL) où la centrale Thémis permettrait d'étudier les systèmes à haute température en utilisant des sels fondus.
Les travaux commencent en 1979, avec EDF en maître d'ouvrage et maître d'oeuvre de l'ensemble des travaux.
En mai 1982, l'Agence Française pour la Maîtrise de l'Energie (AFME - maintenant l'ADEME), reprend les attributions du COMES.
Les premiers essais commencent en 1982 et la centrale est raccordée au réseau et devient complètement opérationnelle l'année suivante.
Cependant en 1986, la chute du prix du pétrole, la politique du tout nucléaire et malgré tout, son coût de maintenance élevé, entraînent l’arrêt de la centrale.
De 1987 à 2004, le site est mis à la disposition des astrophysiciens de l'IN2P3, du CEA et du CERN dans le but de détecter des rayons cosmiques, précisément le rayonnement gamma émis par les étoiles, la nuit. Les astrophysiciens installent successivement plusieurs dispositifs sur les socles mobiles des héliostats.[2]
Conscient du renouveau de l'énergie solaire en France, le Conseil Général des Pyrénées-Orientales décide de lancer une série d'études permettant de rendre à la centrale Thémis son usage premier : la Recherche et Développement sur les nouvelles technologies solaires. C'est ainsi qu'en 2004, le site Thémis est renommé Thémis Solaire Innovation, visant à en faire l'une des 1ères plateformes collaboratives d'innovation d'envergure internationale sur les technologies solaires à concentration.[3]
Géographie et ensoleillement
La centrale solaire Thémis est situé à Targassonne en Cerdagne, dans le Parc Naturel Régional des Pyrénées Catalanes, l'une des régions les plus ensoleillées de France. Elle est éloigné des villes et est à une altitude élevée (entre 1 650 à 1 690 m), ce qui lui permet de recevoir un ensoleillement en lumière directe de très bonne qualité.
Sur le site de Thémis, l'ensoleillement moyen journalier sur une surface horizontale est de 4290 Wh/m²/jour[4]
Le site est aussi particulièrement adapté pour d'autres raisons[5]:
- le terrain est légèrement en pente, entre 6 et 18°, ce qui est idéal pour une centrale à tour:
- le vent est relativement faible, ce qui limite le temps de non-fonctionnement dû à un vent excessif;
- une ligne électrique de 20 kV est présente à 500 m.
Principe de fonctionnement
La centrale Thémis initialement construite en 1983 a les caractéristiques suivantes:
- Une puissance thermique nominale de 9 000 kW
- Une puissance électrique nominale de 2 500 kW
- Une tour de 101,50 mètres de haut et de 8 mètres de diamètre
- 201 héliostats mobiles d'une surface totale de 10 740 m2
- Un récepteur solaire d'un volume de 56m3 situé à 80 mètres de haut.
La centrale solaire Thémis est une centrale électrosolaire à tour à caloporteur sels fondus. Elle utilise le principe de la concentration des rayons solaires par des miroirs réfléchissants. Les 201 héliostats mobiles situés sur le flanc de la colline dirigent les rayons du solaire directement sur le récepteur solaire. Des sels fondus circulent dans le récepteur afin d'emmagasiner la chaleur puis sont stockés dans un réservoir. A la demande, les sels fondus à hautes températures passent par le groupe vapeur et génère de la vapeur surchauffée. Cette vapeur permet ensuite d'alimenter une turbine vapeur et de faire tourner un alternateur électrique comme dans toute autre centrale électrique.
La centrale Thémis réhabilitée par le projet PEGASE vise les caractéristiques suivantes[6]:
- Une puissance thermique nominale de 3 600 kW
- Une puissance électrique nominale de 2 000 kW
- Une tour de 101,50 mètres de haut et de 8 mètres de diamètre
- 107 héliostats mobiles d'une surface totale de 5 800 m2
- Un récepteur solaire d'une surface de 12,8 m2 capable de chauffer 8 kg/s d’air pressurisé de 350°C à 750°C.
Le projet PEGASE signifiant « Production of Electricity from GAs and Solar Energy », adoptera comme son nom l'indique la technologie HSGT (Hybrid Solar Gas Turbine). Cette technologie utilise de l’air comprimé comme fluide caloporteur et comme fluide de travail du cycle, permettant d’atteindre des températures élevées, supérieures à 1000°C. L’air est aspiré puis compressé avant d’entrer dans le récepteur solaire où il est chauffé par le rayonnement concentré. L’air est ensuite injecté dans la chambre de combustion afin d’atteindre la température requise en entrée de turbine (entre 900°C et 1300°C). La température est atteinte à l'aide d'un système de chauffage d'appoint (alimenté en énergie fossile ou renouvelable). C’est cette étape qui donne le caractère hybride. Un stockage thermique peut être ajouté afin d'augmenter la part d'énergie solaire utilisée.
Utilisation
Depuis 2004, le site Thémis est renommé Thémis Solaire Innovation, visant à en faire l'une des 1ères plateformes collaboratives d'innovation d'envergure internationale sur les technologies solaires thermiques et photovoltaïques, notamment à concentration.
Résultat, 4 projets photovoltaïques et 1 projet de centrale thermodynamique à miroirs de Fresnel se sont implantés sur le site. Bien entendu, la centrale solaire Thémis initiale est en cours de réhabilitation pour retrouver sa fonction initiale : produire de l'électricité à partir du rayonnement solaire concentré.
La réhabilitation de la centrale Thémis s'inscrit dans le programme PEGASE (Production of Electricity by GAs turbine and Solar Energy). La nouvelle centrale utilisera la technologie HSGT (Hybrid Solar Gas Turbine), qui consiste à chauffer de l'air compressé sous haute température à l'aide du rayonnement solaire concentré et d'un chauffage d'appoint. Il s'agit avant tout d'un programme de recherche porté par le laboratoire PROMES du CNRS et de l'entreprise EDF. Ce programme démarre avec la mise en place d'un réacteur prototype d'une puissance de 360kWth et à terme, il vise à développer, installer et exploiter une véritable centrale électrosolaire à tour d’une puissance de 2 MWél[7].
Aujourd’hui, 5 entreprises et institutions publiques travaillent en partenariat avec le laboratoire PROMES (PROcédés, Matériaux et Energie Solaire) du CNRS dans le développement de ce projet :
- EDF (Electricité de France)
- CEA/LITEN (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives / Laboratoire d’innovation des technologies pour les Energies nouvelles et les Nanomatériaux)
- ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie)
- MESR (Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche)
- CNRS (Centrale National de la Recherche Scientifique).
Financement
La première version de la centrale solaire Thémis aura coûté en juin 1983, environ 300 millions de francs, répartis de la manière suivante :
- 35% pour le génie civil;
- 39% pour la mécanique (dont la moitié pour les héliostats);
- 21% pour l'électricité;
- 5% pour les divers.
La centrale a été majoritairement financée par EDF (à hauteur de 72%) et subventionnée par l'AFME (22%), le département des Pyrénées Orientales et la région Languedoc-Roussillon (6%).[8]
Le coût de la centrale solaire Thémis réhabilitée par le projet PEGASE est de 8 millions d'euro dont 4 millions d'euro d'investissement et 4 millions d'euro de salaires[9].
Autres projets thermiques sur site
Augustin Fresnel
La centrale Augustin Fresnel 1 est une centrale solaire thermodynamique. Elle utilise la technologie de la Génération Directe de Vapeur (GDV) avec un champ solaire de réflecteurs de Fresnel ainsi que le suivi de la trajectoire du soleil. Cette technologie du stockage thermique de moyenne capacité (40 MWhth)[10].
Solar Euromed est à l’origine de ce projet en partenariat avec les laboratoires français CNRS PROMES et CEA LITEN.Augustin Fresnel 1 est labélisé par le Pôle de Compétitivité des énergies renouvelables DERBI et bénéfice du soutien d’Oseo Innovation et de l’Union Européenne[11].
Projets photovoltaïques sur site
Thémis-PV
Le projet Thémis-PV est portée par la société Sunergie. Elle a pour objectif de réhabiliter 80 héliostats avec des panneaux photovoltaïques. A terme, la centrale aura une puissance de 670 kWc, produisant plus de 800MWh par an[12][13].
Le projet se déroule en deux phases :
- phase 1 (2007) : équipement de 4 héliostats pilotes afin de permettre d'établir les conditions techniques et économiques de définition, conception, mise en œuvre et validation du projet Thémis-PV. Les 1ers kWh ont ainsi été produits dès octobre 2007 et il est possible de visualiser les résultats du projet en ligne.
- phase 2 (2012) : les 80 héliostats seront équipés sur la base des acquis des 4 pilotes. Avec 8,8 kWc par héliostat, le générateur total aura une puissance d'environ 670 kWc selon les types de modules qui seront utilisés.
Censol-PV
Le projet Censol-PV est porté par les entreprises EDF Energies Nouvelles et ExoSun. Il consiste à l'implantation d'une nouvelle génération d'héliostats qui, en couplant le suivi du soleil à un système de concentration de l'intensité lumineuse, augmentera très sensiblement la production d'électricité des modules photovoltaïques. Projet pilote aura une puissance d'environ 200 kWc[14][15]
Phoc-PV
Le projet Phoc-PV est porté par les entreprises Nur Energie et Soitec, et est en collaboration avec le CNRS. Il consiste à mettre en place des installations pilotes de technologies dites « photovoltaïques concentrées » qui permettent de concentrer entre 600 et 1 200 fois l'intensité du rayonnement lumineux sur des cellules photovoltaïques. La centrale doit atteindre à terme une puissance de 172 kWc.[16]
Notes et références
- ↑ Les Pyrénées Catalanes - Thémis - Le four solaire de Cerdagne : [1]
- ↑ CNRS IN2P3 - Thémis : une chance pour l'astronomie gamma au sol : [2]
- ↑ Conseil Général 66 - Thémis Solaire Innovation : [3]
- ↑ Photovoltaic Geographical Information System - Monthly global irradiation data:[4]
- ↑ Les Pyrénées Catalanes - Thémis - Le four solaire de Cerdagne:[5]
- ↑ Chercheurs EDF - Modélisation et dimensionnement d’un récepteur solaire à air pressurisé pour le projet PEGASE : [6]
- ↑ Chercheurs EDF - Modélisation et dimensionnement d’un récepteur solaire à air pressurisé pour le projet PEGASE : [7]
- ↑ Les Pyrénées Catalanes - Thémis - Le four solaire de Cerdagne:[8]
- ↑ PEGASE - Informations : [9]
- ↑ Conseil Général 66 - Les opérations de Recherche et Développement - Opération « AUGUSTIN FRESNEL » : [10]
- ↑ Solar Euromed - Augustin Fresnel 1 : [11]
- ↑ THEMIS-PV - Programe Themis-PV : [12]
- ↑ Conseil Général 66 - Les opérations de Recherche et Développement - Opération Thémis-PV : [13]
- ↑ ExoSun - Conception, développement et commercialisation de systèmes solaires. : [14]
- ↑ Conseil Général 66 - Les opérations de Recherche et Développement - Opération Censol-PV : [15]
- ↑ Nur Energie - Projets : [16]
