SPS : Projet d’une minicentrale pilote électro-thermo-solaire de 10 kWe - Partie A : Centrale solaire hybride (1999)

Thermal solar power plants using Rankine cycles closely approach the present economical electricity prices, at least in the large power range. One of the advantages currently explored is the integration with other fuel based technologies in order to ascertain a given power disponibility and to increase the use of the investment in the power unit. This paper presents the analysis of an original design of small hybrid solar plant including: a) A power unit of Superposed Organic Rankine Cycles equipped each with hermetic scroll expander-generators (scroll orbital type) with an installed total capacity of 12 kWe. Each turbine works with a new lubrication system whose feasibility, simplicity and robustness are experimentally confirmed. b) A Solar Plate Concentrating Reflector (CEP) unit equipped with mirror bands fixed on a plane surface which focalize solar energy on the vacuumed collector tubes. Only one array of 50 m2 (against 100 m2) of the solar field is assembled and tested. The realization of the second line of collectors is planned. c) A 15 kWel cogeneration Diesel engine unit to ensure power availability independently from the variations of solar radiation with a self regulation system. A total thermal power of 34.5 kW can be recovered. The following performances are expected: 12% of efficiency for the solar operation mode (Electricity power / Solar thermal incident) and 22% for the solar hybrid operation mode (Total Electricity Power / Solar thermal incident + Fuel Power). This concept presented can be used for several applications such as industrial waste heat recovery, domestic cogeneration etc… - - - - - - - - - - - - - - - - - Dans le cadre des projets précédents, le LENI en collaboration avec COGENER et avec le support de l’Office Fédéral de l’Energie (OFEN) a étudié le concept d’une centrale électro-thermo-solaire de 10 kWe. Cependant l’analyse des coûts globaux de la centrale, dimensionnée à la base pour fonctionner avec du solaire seul, avait conduit à l’option d’une réduction de la taille du champ de capteurs solaires à 96.4 m2 au lieu des 159 m2 initialement prévus. Le cycle thermodynamique de conversion devait être réadapté en tenant compte d’une source d’appoint thermique pouvant garantir la disponibilité de puissance. D’où l’idée de réaliser une hybridation au moyen d’une unité moteur de cogénération qui, de toute façon, représente une des voies parmi les plus prometteuses d’introduction du solaire par la production d’électricité. Le présent projet vise deux points essentiels. D’une part développer des outils de recherche nécessaires pour le développement d’un système solaire énergétique intégré, et d’autre part valoriser ces outils dans le cadre d’une unité pilote de centrale hybride (HSPS : Hybrid Solar Power System) permettant de mesurer ses performances et de caractériser son potentiel d’amélioration. Différentes études (modélisation des composants, méthode de dimensionnement, programme Solar Power System...) présentées en détail dans le rapport précédent intitulé "CSIP3: Projet détaillé d’une minicentrale pilote électro-thermo-solaire de 10 kWe" ne seront pas reprises. L’analyse du concept global de la centrale hybride a été présentée dans le cadre de la conférence CISBAT99, Concept d’une minicentrale électro-thermo-solaire hybride adapté au pays en voies de développement. La description de certaines parties de cette publication (la machine thermique, l’unité de cogénération...) sera complétée avec des supports techniques présentés en annexes. Pour les aspects du champ de capteurs, nous faisons références au rapport fourni par COGENER.