L'architecture novatrice de centrale solaire à concentration de MOSAIC s'apprête à produire ses premiers électrons

Le prototype de la centrale solaire à concentration semi-Fresnel, développée dans le cadre du projet européen MOSAIC, entre en phase finale de construction. Modulaire et à miroirs fixes, cette technologie a du potentiel pour relever le défi économique : le prix visé est de 0,10 euros par kilowatt-heure (kWh). Les résultats sont attendus début 2022.

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L'architecture novatrice de centrale solaire à concentration de MOSAIC s'apprête à produire ses premiers électrons

L'architecture innovante de centrale solaire à concentration du projet MOSAIC bientôt mise à l'épreuve. Son installation pilote de 300 kW est en train d'être finalisée sur le site du Centre National des Énergies Renouvelables (CENER) à Sanguesa, en Espagne. Les premiers bilans de son opération seront tirés début 2022.

Lancé en décembre 2016, avec un financement européen de 5 millions d’euros, MOSAIC (pour « MOdular high concentration SolAr Configuration ») rassemble neuf entités européennes (dont la PME française Sirea, spécialiste en automatismes industriels). Il vise à développer une centrale solaire à concentration (encore appelée centrale solaire thermodynamique), modulaire et à bas coût - un maximum de 0,10 euros/kWh est visé.

Le consortium voit grand : « L’objectif, c’est de pouvoir industrialiser la technologie ! souligne David Grand, chargé de communication pour Sirea. À terme, la puissance nominale visée pour chaque module est de l’ordre du gigawatt. »

Miroirs réfléchissants et fluide caloporteur

Les systèmes solaires à concentration exploitent des miroirs pour concentrer les rayons du Soleil vers un seul et unique récepteur, permettant ainsi de porter le fluide caloporteur qu’il contient à des niveaux de températures suffisamment élevés – entre 200°C et 1 000°C selon la technologie et l'emplacement – pour produire de l’électricité.

« Le principe des centrales à concentration n’est pas nouveau, reconnaît Cristóbal Villasante, responsable du département Energies renouvelable au sein de Tekniker, le centre de technologie espagnole en charge de coordonner le projet européen MOSAIC. De nombreux systèmes basés sur cette technologie ont été mis en service depuis les années 1980. »

Une architecture classique, dite cylindro-paraboliques, consiste à utiliser des miroirs concaves pour concentrer le rayonnement vers un tube absorbeur (un axe), dans lequel circule le fluide caloporteur. « La "Solar Energy Generating Systems" en Californie qui, à l’époque, était la plus grande installation de production d'énergie solaire au monde [361 mégawatts (MW), ndlr], est par exemple une centrale solaire thermodynamique à miroirs cylindro-paraboliques », illustre M. Villasante.

L’autre architecture bien connue est la centrale à tour : plusieurs centaines de miroirs réfléchissent les rayons du Soleil sur un récepteur central qui se situe sommet d’une tour, au sein duquel se trouve le fluide caloporteur. Cette technologie fait notamment l’objet de développement au centre de recherche Thémis Solaire des Pyrénées-Orientales.

Architecture modulaire

Dans ces deux architectures, ce sont les miroirs qui suivent la course du Soleil, tout au long de la journée. Au contraire, l'architecture de MOSAIC utilise des miroirs fixes. Une dizaine de miroirs ceinturent le récepteur en formant une sorte de demi-sphère. « Notre concept est complètement novateur : c’est une configuration fixe dite "semi-Fresnel" », explicite le coordinateur du projet MOSAIC.

L'avantage principal d'un tel design ? La réduction des coûts, répond Cristóbal Villasante de Tekniker. D’une part, parce que ce type de technologie requiert moins de matériaux. « Nous n’avons plus besoin de construire d’énormes structures mobiles comme pour les autres types de centrales. Notre champ de miroirs est plus simple – nécessitant moins de pièces mobiles –, donc moins cher », explicite le spécialiste espagnol. « De plus, le récepteur est suspendu à des câbles et piloté par un tracker bas coût », complète-t-il.

D’autre part, la baisse des coûts est rendue possible par un design modulaire. « La configuration modulaire permet de baisser le coût associé au bloc de puissance (euros/MW installés), avance Cristóbal Villasante. En effet, les distances entre le concentrateur solaire et le récepteur sont plus courtes que pour une centrale à tour, ce qui permet de maximiser l’efficacité énergétique, de minimiser l’atténuation atmosphérique et d’abaisser les exigences en termes de précision. »

Entre 15 et 20 % de rendement

Si l’optimisation des coûts est si essentielle, c’est que le rendement espéré est similaire aux technologies de centrale à concentration déjà en opération. « En général, le rendement se situe entre 15 et 20 % », indique M. Villasante de Tekniker. Ainsi, l’installation pilote d'une puissance de 300 kW devrait produire autour de 50 kW d’électricité.

Mais la production d'électricité n'est pas l'unique débouché possible pour la technologie MOSAIC. « Nous pouvons aussi produire de la chaleur, et beaucoup d'industries pourraient être intéressées par cette application », estime le porte-parole espagnol.

Photo du site en juin 2021, où la structure était déjà installée. L'ensemble du pilote nécessite environ 30 mètres de long et 20 mètres de large.

Le prototype de 300 kW est presque terminé. « La structure et les miroirs sont désormais en place. Nous allons installer le vrai récepteur mobile et le tracker (qui le pilotera à l’aide de huit câbles) au-dessus du champ du miroir dans les semaines à venir », indique David Grand, précisant que Sirea a développé le système de contrôle-commande de la centrale. « Pour la suite, nous souhaitons former un consortium avec des industries partenaires pour poursuivre le développement de la technologie jusqu’à sa commercialisation », glisse Cristóbal Villasante.

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