Cette centrale solaire à concentration associe chaleur, électricité et stockage

Si d’habitude, les centrales solaires thermodynamiques n’intègrent que des miroirs pour produire de la chaleur, cette installation en Australie utilise également des cellules photovoltaïques, afin de générer de l’électricité. La centrale se distingue aussi par un système de stockage original.

L’Australie est parmi ces pays qui refusent d’exploiter l’énergie nucléaire, et misent exclusivement sur le triptyque solaire – éolien – stockage pour sortir des énergies fossiles. Or, cette stratégie n’est pas sans défis, notamment pour gérer la variabilité de la production des énergies solaire et éolienne. Dans la zone de West Murray dans l’État de Victoria, par exemple, cinq centrales ont dû réduire leur production d’énergie, car le réseau électrique national risquait d’être très instable. Ce problème serait lié au fort développement des énergies renouvelables dans cette zone.

En réponse à ces défis, l’entreprise RayGen a lancé sa nouvelle centrale de production et de stockage d’énergie à Carwarp, dans le nord-ouest de Victoria. Ce projet de 27 millions de dollars vise à fournir de l’électricité décarbonée, de jour comme de nuit, à environ 1 700 ménages victoriens. La centrale produit simultanément de la chaleur et de l’électricité, en combinant solaire photovoltaïque et solaire à concentration (aussi appelé « thermodynamique »). Elle dispose également d’un système de stockage exploitant le principe du cycle organique de Rankine (ORC). Voyons comment tout cela fonctionne.

Des modules photovoltaïques en guise de récepteur

Surnommé « PV Ultra », le parc solaire de la centrale de Carwap a une puissance de 4 MW. Il intègre plus d’un millier de miroirs montés sur des suiveurs solaires. La lumière du soleil est concentrée vers un point focal unique : une plaque photovoltaïque positionnée en hauteur sur une tour. Ce récepteur est composé de centaine de petits modules solaires spécialement conçus par l’entreprise RayGen. Sans silicium, les cellules de ces modules seraient, d’après l’enseigne, jusqu’à 2 000 fois plus puissantes que celles conventionnelles. Leur qualité est même comparée à celle des panneaux photovoltaïques des satellites.

Quand la lumière solaire est concentrée sur le récepteur unique, elle est transformée en deux formes d’énergie. Un tiers de cette énergie est converti en électricité, qui est, d’une part, envoyée directement au réseau électrique, et d’autre part, envoyée au stockage. Les deux tiers restants sont transformés en chaleur. Mais comment cette chaleur est-elle générée ? Comme le panneau photovoltaïque est continuellement exposé à une concentration intense de lumière solaire, il risque de surchauffer. Pour pallier cela, un système de refroidissement à base d’eau est relié au module. L’eau récupère ainsi la chaleur résiduelle, qui atteint près de 95 °C, pour ensuite la stocker.

Un système de stockage thermique

L’autre composante de l’installation est la centrale de stockage d’énergie baptisée « Thermal Hydro » dotée d’une capacité de 50 MWh. La technologie intègre deux grands bassins d’eau de 15 à 20 mètres de profondeur, servant à stocker l’énergie thermique. Ces deux réservoirs ont deux températures différentes. Le bassin chaud est destiné à stocker la chaleur récupérée depuis le module photovoltaïque. L’eau y est conservée à une température avoisinant les 90 °C. Le second réservoir, en revanche, stocke de l’eau froide autour de 0 °C. Cette basse température est maintenue grâce à un système de refroidissement alimenté par l’électricité produite par la centrale solaire.

Lorsque la demande du réseau augmente, le système utilise une technique appelée cycle de Rankine pour « déstocker » l’énergie. Ce processus met en œuvre un cycle thermodynamique fermé où circule du fluide organique capable de passer à l’état gazeux à une température inférieure à 100 °C. La chaleur stockée dans le premier bassin est utilisée pour chauffer ce fluide jusqu’à sa vaporisation.

La vapeur est alors dirigée vers une turbine à vapeur qu’elle fait tourner et qui est couplée à un générateur électrique, produisant ainsi de l’électricité. À la fin, le fluide est refroidi à l’aide de l’eau froide du second réservoir, lui permettant de se recondenser et de recommencer le cycle, offrant ainsi un moyen efficace et renouvelable de génération d’énergie. Le rendement global de ce système n’est toutefois pas communiqué.