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Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés (SEED)
Edition 2013


RESCOFIS


Récepteur SOlaire sous COncentration Focal avec Intrégation d'un Stockage thermique haute température en COFALIT

Système solaire thermodynamique intégré pour la production décentralisée d’électricité avec stockage
Le projet RESCOFIS propose de développer un ensemble récepteur solaire – stockage d’énergie thermique, couplé à un concentrateur solaire novateur de type « Beam-Down », comme solution technique pour la production d’énergie solaire sur site. La gamme de puissance visée est de 10 à 100 kW électrique continue.

Proposer une solution simple pour la réception et le stockage d’énergie solaire concentrée
Ce projet s’inscrit dans le développement des centrales à tour de petite puissance : l’objectif est ici de simplifier et d’optimiser les récepteurs solaires sur ce type de petites centrales, et de proposer une solution économique et durable pour capter, stocker, et convertir en électricité l’énergie solaire concentrée.

Les choix réalisés dans le cadre de ce projet :
- Un concentrateur de type « Beam-Down » afin de concentrer l’énergie solaire vers le sol, d’atteindre un haut niveau de température (>600°C), tout en restant accessible.
- Un récepteur-stockeur compact, constitué d’un matériau non structuré, afin de limiter les coûts.
- De l’air en tant que fluide caloporteur, pour conserver la simplicité du système.

La fonction stockage de l’ensemble permettra une production d’électricité en continu sur 24h, à partir d’une source solaire, et avec un bon rendement du fait de la haute température. Il est également important de n’utiliser pour ce projet que des matériaux écologiquement durables, dont certains issus de retraitement de déchets.

L’intégration d’un récepteur solaire non structuré, d’un stockage optimisé, et d’une enceinte isolante adaptée en un système innovant unique
L’ensemble que l’on se propose de développer regroupe un récepteur solaire à haute température, un stockage thermique efficient, et une enceinte isolante compacte et résistante. La méthode utilisée pour l’optimisation tient en 3 phases d’étude :
- Une pré-étude destinée à mettre en lumière les choix techniques a priori pertinents.
- Une phase d’études expérimentales sur maquette de chacune des fonctions précitées, de sorte à toutes les optimiser.
- Une phase d’essais sur pilotes semi-industriels afin de valider l’ensemble des choix et de tester le fonctionnement du système sous des cycles solaires réels.

On retiendra comme choix de structure pour le récepteur-stockeur un milieu poreux granulaire déstructuré, disposé en lit et constitué de produits minéraux issus du retraitement de déchets. Ces choix permettent de conserver un dispositif compact et à bas coût, tout en étant durable. Ce milieu est traversé par de l’air pour transporter l’énergie thermique en période de charge et de décharge, choisi pour son coût faible, sa stabilité à haute température, et ses avantages écologiques.

Résultats

Les premiers résultats du projet démontrent la faisabilité du concept sous une lampe solaire de petite puissance : la production d’un air chaud à plus de 450°C en sortie de récepteur est envisageable. L’importance de plusieurs paramètres techniques est mise en lumière lors de la phase d’étude sur maquette, ce qui laisse penser qu’il sera effectivement possible de dépasser 600°C sur le pilote de plus grande puissance. Les dernières optimisations de ce pilote restent toutefois à finaliser, avant de passer successivement aux phases de réalisation et d’essais.

Perspectives

Dès lors que les essais sur le pilote semi-industriel se seront révélés concluants, la mise au point d’un véritable démonstrateur permettra de standardiser ce système pour des applications industrielles locales. Le couplage avec différents types de convertisseurs thermoélectriques reste également à optimiser en fonction de la puissance recherchée.

Productions scientifiques et brevets

Un poster a été présenté aux JNES 2015, et une communication a été acceptée aux JITh 2015. Ces communications concernent la phase d’étude des parties « récepteur solaire » et « stockage thermique » du système, sur maquette. RESCOFIS a également été abordé lors d’une conférence présentée par IDHELIO lors de la 9e Journée de la Recherche et de l’Industrie, portant sur le stockage de l’énergie, organisée par l’ICAM Toulouse.

Partenaires

ARMINES RAPSODEE ARMINES Centre de recherche en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement de l'Ecole des Mines d'Albi-Carmaux

EUROPLASMA SA EUROPLASMA SA

ICAM ICAM

IDHELIO IDHELIO

Aide de l'ANR 486 011 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2014 - 42 mois

Résumé de soumission

Le projet RESCOFIS (REcepteur Solaire sous Concentration Focale avec Intégration du Stockage) a pour objectif le développement d’un récepteur-stockeur de chaleur intégré pour des applications de micro centrales CSP de type Beam Down. Le marché visé est celui des unités solaires de petites puissances pour la production décentralisée d’électricité. Les unités permettront une production électrique 24h/24 dans la gamme de puissance de 10 à 100 kWe. Le récepteur-stockeur sera développé sur la base d’un lit granulaire de COFALIT traversé par de l’air à pression atmosphérique pouvant atteindre 600°C. Il intègrera un échangeur secondaire qui permettra un couplage avec un cycle de Rankine. Les développements ultérieurs de la technologie permettront d’accéder au marché des centrales CSP de moyennes puissances couplées avec des cycles de Brayton.

Le projet RESCOFIS, d’une durée de 3 ans, permettra le développement des différents outils de dimensionnement et d’analyse du concept de récepteur-stockeur. Une maquette simplifiée d’environ 20 kWhth permettra de valider les processus élémentaires du concept et de lever les incertitudes scientifiques et technologiques, puis un pilote à échelle 1/10ème sera réalisé. Il permettra de valider le fonctionnement complet de l’unité avec les phases de charge, de décharge et de couplage direct vers le circuit secondaire. L’unité sera développée avec un objectif de polyvalence énergétique et de standardisation pour favoriser le déploiement industriel et commercial.

Le récepteur stockeur développé par le projet RESCOFIS présente l’avantage d’utiliser de l’air et du COFALIT soit des matériaux et fluides bas coût, inertes, à faible impact environnemental et disponibles. La mise en œuvre en lit traversé reste simple et permet de garantir de bonnes performances énergétiques et exergétiques. L’ensemble développé sera compact et facilitera l’implantation et l’exploitation des centrales solaires à concentration.

Le projet RESCOFIS est porté par la société IDHELIO basée à Albi et en partenariat avec la société EUROPLASMA, fournisseur du COFALIT, le laboratoire RAPSODEE spécialisé dans l’étude des centrales solaires thermodynamiques et qui mettra à disposition ses moyens expérimentaux de concentration solaire de type ‘’Beam Down’’. Enfin l’ICAM qui apportera ses compétences en mécaniques et matériaux pour l’étude des interactions entre l’enveloppe et le lit traversé de COFALIT.Par ailleurs le projet est accompagné par un comité de suivis.



 

Programme ANR : Systèmes Energétiques Efficaces et Décarbonés (SEED) 2013

Référence projet : ANR-13-SEED-0008

Coordinateur du projet :
Monsieur Didier MARTIN (IDHELIO)
didier.martin@nullidhelio.com

Site internet du projet : http://rescofis.cabanova.com

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.