Brevet FR2460400A1 — publié le 19810123

La présente invention concerne l'utilisation de l'énergie solaire pour la produotion de vapeur. Elle intéresse particulièrement la transformation de 1' l'nergie solaire on énergie électrique. Elle est basée sur la concentration du rayonnement solaire au moyen de profilés rectilignes de section parabolique. Bu fait quille sont développables, de tels profilés sont infiniment moins coûteux à réaliser que des miroirs paraboliques circulaires. On peut on effet les constituer par de simples tales assujetties au profil désiré par des flasques usinées à cet effet. Elles peuvent alors concentrer le rayonnement solaire sur un axe situé au foyer linéaire de la surface parabolique ainsi constituées et il suffit de matérialiser cet axe par un tube de vapeur pour obtenir un élément de chaudière solaire suivant l:inven- tion.De tels éléments peuvent être accolés le long du mâme tube de vapeur, comme le montre la Fiv.1. La Fig.2 montre un des flasques maintenant la tôle profilée et une glace de protection, dont la Fig.3 montre une coupe. On notera que les réflecteurs développables suivant l'invention peuvent etre simplement constitués par des tôles d'acier ou de métal léger auxquelles un polissage soigné a donné un poli spéculaire; mais on peut aussi obtenir ce poli par aluminitage, ou par collage sur la tôle d'une feuille plastique réfléchissante ; et on peut aussi les constituer en verre. Il est évidemment nécessaire, pour produire une puissance intéressante, de disposer parallelement de nombreux éléments de chaudière. Il est nécessaire aussi de les orienter en site et en azimut. L'orientation en site ne présente aucune difficulté, puisqu'il suffit de faire pivoter les éléments autour de leur foyer axial. Par contre leur orientation en azimut implique l'orientation du bâti qui les porte, orientation qu'il serait très difficile de raliser par des moyens mécaniques. C'est pourquoi les éléments des chaudières suivant l'invention seront montés sur des caissons flottants, disposés sur un plan d'eau. Leur ensemble constitue alors un ponton circulaire flottant, qu'il suffit de faire tourner autour de son centre, d'un tour par 24 heures, pour que les tubes de chaudière soient toujours perpendiculaires aux rayons solaires. On remarquera que le poids des éléments de chaudière suivant l'invention est assez faible pour qu'il soit inutile de constituer un ponton circulaire continu pour les supporter, ce que peuvent faire des caissons flottants de section relativement faible, réunis entre eut par des poutrelles, comme le montre la Yin.4. ,ou le rayonnement solaire a été schémitis-par des vecteurs qui permettent de voir comment la totalité de ce rayonnement est bien focalisé sur les tubes de vapeur, quand les réflecteurs de section parabolique sont bien orientés en site et en azimut. L'orientation en azimut par rotation autour de son centre de l'ensemble de la centrale solaire suivant l'inventions ne demande qu'une énergie tout i fait négligeable. Elle implique, par oontre, que les turbines ou moteurs utili sant la vapeur produite soient solidaires de l'ensemblew et tournent avec lui. Elle implique aussi que soit ménagé au centre de la centrale solaire suivant l'invention, un axe fixe vertical qui la traverse, comme son moyeu traverse une roue, un tel axe étant nécessaire d'une part pour amarrer la centrale sur le fond ou sur les rives, d'autre part pour servir de support aux lignes à haute tension alimentées par le courant produit, ces lignes pouvant Btre aériennes ou immergées. Il est nécessaire, étant donné la légèreté des- structures des centrales suivant l'invention, de les protéger des vagues. Aussi leur forme circulaire sera matérialisée par une ceinture verticale flottante anti-clapot. La Fig. 5 montre, en plan, une forme préférentielle de centrale solaire suivant l'invention. On a choisi d'y donner la même longueur à tous les tubes de la chaudière, de sorte qu'ils produisent chacun la même quantité de vapeur à la même température, oe qui facilite considérablement l'utilisation de cette vapeur, mais limite la surface qu'ils occupent à celle du carré circonscrit dans la ceinture anti-clapot. Cette disposition permet par contre de dédoubler les machines, en les plaçant à chaque -extrémité du grand axe de le centrale parallèle aux tubes de vapeur, ce dédoublement permettant l'entretien des turbines sans interruption de la production d'énergie.Elle présente aussi l'avantage de permettre l'accostage, près des salles de machines flottantes, des bateaux trano- portant le personnel ou le matériel d'entretien. Il reste cependant, entre le carré constitué par les tubes de vapeur et la ceinture aanti-olapot, des surfaces non négligeables. Elles seront preférentiellement utilisées, dans les centrales solaires suivant l'invention, pour supporter des capteurs solaires du type utilisé pour le chauffage des habitations, mais dont l'usage sera alors d'assurer un préchauffage de l'eau avant son arrivée dans les tubes de vapeur. Le rendement de ces capteurs1 qu'il est inutile d'orienter en site, sera excel- lent, du fait que, solidaires de l'ensemble de la centrale* ils seront constamment orientés en azimut. On voit que, par cette disposition, la totalité de la surface occupée par la centrale suivant l'invention est utilisée à la production de vapeur et à sa transformation en énergie électrique. La Fig.6 montre, en coupe-une centrale solaire suivant l'invention; et la Fig. 7 montre, en coupe, un mode de réalisation de la ceinture anti-clapot qui 1'Bntoure Ces'figures montrent bien l'extrême simplicité, et la légèreté, des éléments constitutifs d'une centrale solaire suivant l'invention, qui comporte, par contre, un grand nombre de ces éléments. Ces divers facteurs se conjuguent pour en trbais- ser le prix de revient, qui est l'élément déterminant de la rentabilité d'une central; solaire, dont la source d'énergie est gratuite et inépuisable. Le prix du K produit ne dépend donc que de l'amortissement de son installation, et do son entretien.Il en est de même de toute centrale solaire, quelque soit le mode de transformation de l'énergie thermique en énergie électrique. L'énergie éleo- trique produite ne sera jamais qu'une fraction - le rendement global - de l'4ner- gie rayonnée par le soleil par unité de surface. L'élément déterminant de la ren stabilité d'une centrale solaire est donc son prix au mètre carré; et on ne peut en espérer une puissance intéressante sans lui donner une surface considérable. Un avantage considérable des centrales suivant l'invention est qu'elles ne néces sitent aucune emprise au eol, et que les plans d'eau qu'elles nécessitent sont inutilisés en tant que tels, et appartiennent aux Etats dont un des rallez est précisément de fournir aux nations l'énergie électrique dont elles ont besoin. On s'aperçoit ainsi que le prix de revient de l'énergie produite par des cen trales suivant l'invention est immédiatement compétitive avec les autres souroes d'énergie. En admettant en effet que le rayonnement solaire est de l'ordre de 1 Kw par M2, et que le rendement global de la centrale soit de 15 %, on produira une énergie de 1 500 Kw à l'hectare. En tablant sur 200 jours d'ensoleillement par an, et des durées journalières d'ensoleillement de 10 heures, les centrales suivant l'invention produiront 3,000 000 de Kw/H annuellement à l'hectare. Pour fixer les idées, une centrale de 500 N de rayon produirait environ 150millions de Kw/H par an. C'est un chiffre modeste si on le compare aux be soins en énergie d'une grande nation ; mais c'est aussi un chiffre modeste par rapport à la surface des plans d'eau inutilisés aujourd'hui dans la plupart des nations, surface qui, Si elle était équipée de centrales suivant l'invention, suffirait dans la plupart des cas, à couvrir la totalité de leurs besoins d'éner- gie. il est probable que la faible prix au N2 de cet équipement permettrait de l'amortir en 5 ans, ce qui revient à dire qu'il s'aubofinancerait au bout d'une période de dinq ans, et que son intérêt économique est donc considérable. Â titre d'exemple, l'équipement partiel des étangs des côtes Sud-Ouest et Sud permettrait de couvrir la totalité des besoins français. Un avantage notoire de l'énergie solaire est qu'elle n'est aucunement pol luante. On pourrait craindre cependant que la condensation de la vapeur produite ne provoque un échauffement des étangs ou des lacs qui supporteront les cen trales suivant l'invention. Une rapide analyse montre cependant que cette crainte est dénuée de tout fondement, et que c'est pcisément le contraire qui se pro duira. La température de l'eau de ces étangs dépend évidemment de la quantité de chaleur solaire qu'ils absorbent. Si une partie de cette-quantité est transformée en énergie électrique, elle doit donc être défalquée de la chaleur totale rayonnée à la surface, si bien que la température ne peut que baisser légèrement, abaissement généralement considéré comme favorable à la bio-masse. Une utilisation particulièrement intéressante des centrales solaires suivant l'invention est l'équipement des plans d'eau constitués par les retenues des barrages hydroélectriques. En effet les périodes où le potentiel hydraulique de ces barrages est le plus important ne corncident générale- pas avec les périodes d'ensoleillement maximum, si bien qu'il existera dans la plupart des cas une complémentarité entre la production d'énergie d'origine hydraulique et la production d'énergie d'origine solaire. Les lignes à haute tension existantes suffiront donc à raccorder au réseau national les centrales solaires suivant l'invention, dont le Elle sera principalement alors de ménager le potentiel hydraulique des barrages. On notera qu'une des caractéristiques principales de l'invention est la possibilité qu'elle donne d'orienter en azimut des nappes de capteurs solaires. Le type de capteur qui a été décrit, et qui en fait des éléments de chaudière, est un de ceux qui peuvent être réalisés le plus économiquement. Nais il va de soi que d'autre types poiraient également être utilisés. Il serait ainsi par faitement concevable de réchauffer par les procédés indiqués d'autres fluides que de l'eauX ou même de disposer suivant l'invention non plus des éléments de chaudière, mais des capteurs chimiques ou physiques produisant directement de l'électiicité. S'il n'en a pas été plus parlé ici, c'est que leur prix est actuellement prohibitif, et qu'il n'est pas prévisible qu'il devienne compé- titif aveo celui des éléments de chaudière qui constituent aujourd'hui le mode préférehtiel de réalisation de l'invention. Un de ses avantages essentiels est de ne faire appel qu'à des techniques éprouvées et de ne poser aucun problème de réalisation. Elle ne met en oeuvre que des matériaux dont la production est aujourd'hui excédentaire, comme l'acier, sous forme de tôles, de tubes et de profilés, immédiatement disponibles. Elle peut donc contribuer à mettre très rapidement à la disposition de l'homme une source d'énergie pratiquement illimitée et dont le coût ne pourra que décroStre avec le temps, à l'inverse de toutes les autres. RENECDICATIONS. 1. - Centrale électrique actionnée par l'énergie solaire, caractérisée par le fait que les capteurs solaires sont disposés en nappe horizontale, et peuvent être orientés en site par pivotement autour d'axes parallèles équidistants. 20 - Centralé solaire suivant 10, dans laquelle la rotation des capteurs autour de leur axe d'orientation en site peut aller jusqutau basculement complet, é basculement permettant de les mettre à l'abri des intempéries. 30 - Centrale suivant 10, dans laquelle l'orientation en azimut des capteurs est assurée par une rotation sur elles âme de l'ensemble de la centrale autour d'un axe vertical, la vitesse de cette rotation étant d'un tour par jour. 40 - Centrale suivant 30, caractérisée par le fait que tous ses éléments constitutifs sont portés par des pontons flottants assemblés entre eux de telle sorte que leur ensemble constitue une plate forme flottante circulaire flottant sur un plan d'eau sur lequel elle tourne. 50 - Centrale suivant 40, dans laquelle la rotation diurne assurant l'orientation en azimut est provoquêepar l'action d'une ou plusieurs hélices tournant autour d'axes horizontaux tangeants à la circonférence de la centrale, ou par l'émission de fluides selon ces axes. 6 - Centrale suivant 40, dans laquelle l'axe vertical de rotation diurne est matérialisé par un tube fixe traversant en son centre la plate-forme circulaire, ce tube portant les dispositifs d'ancrage, et supportant les câbles aériens ou sous-marinS conduisant à terre le courant électrique produit. 70 - Centrale suivant 40, caractérisée par me fait que sa circonférence est matérialisée par une paroi flottante verticale continue servant de brise-lames et empêchant la formation de clapot. 80 - Centrale suivant 10, caractérisée par le fait que les capteurs du rayonne- ment solaire sont des miroirs en forme de gouttières de section parabolique, qui concentrent ce rayonnement sur des tubes de vapeur matérialisant le foyer rectiligne de ces paraboles, et servant d'axe d'orientation en site des dits miroirs. 90 - Centrale suivant 3 , dans laquelle les machines (turbines,alternateurs,etc.) sont dédoublées et placées dans des chambres situées à la périphérie de la station pour faciliter l'accostage du personnel et du matériel. 100 - Centrale sui want 8 , dans laquelle les aires disponibles entre celle occupée par les tubes de vapeur et la ceinture périphérique sont équipées de capteurs solaires statiques, du type' chauffe-eau, destinés à réchauffer l'eau avant son entrée dans les tubes de vaporisation et de surchauffe.