Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie Solaire UPR-CNRS 8521 Odeillo et Perpignan A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 1 Curriculum Alain FERRIERE, 47 ans, marié, 3 enfants 1982: Ingénieur Supelec 1987: Doctorat en Energétique, Université de Perpignan: "Conception et optimisation d'un outil d'aide à la conduite d'une centrale solaire: application à la centrale Thémis.« 1988: Chercheur CNRS, Institut des Matériaux et Procédés, laboratoire PROMES (2004), Odeillo (France) •Propriétés thermophysiques des matériaux HT •Traitements thermiques superficiels par énergie solaire concentrée •Mesures de flux et de température •Conversion de l’énergie solaire: production d’électricité et d’hydrogène Responsable de l’équipe de recherche « Vecteurs énergétiques durables » au laboratoire PROMES-CNRS Comité Exécutif du programme SolarPACES (Solar Power And Chemical Energy Systems) de l’AIE College of Members de l’Agence EUREC Site web laboratoire PROMES-CNRS: http://www.promes.cnrs.fr E-mail: [email protected]Tel: 04 68 30 77 49
42
Embed
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie Solaire UPR-CNRS 8521 Odeillo et Perpignan A. FerriereSéminaire IPN Orsay, 17 septembre 20071 Curriculum Alain.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 1
CurriculumAlain FERRIERE, 47 ans, marié, 3 enfants
1982: Ingénieur Supelec
1987: Doctorat en Energétique, Université de Perpignan: "Conception et optimisation d'un outil d'aide à la conduite d'une centrale solaire: application à la centrale Thémis.«
1988: Chercheur CNRS, Institut des Matériaux et Procédés, laboratoire PROMES (2004), Odeillo (France)
•Propriétés thermophysiques des matériaux HT
•Traitements thermiques superficiels par énergie solaire concentrée
•Mesures de flux et de température
•Conversion de l’énergie solaire: production d’électricité et d’hydrogène
Responsable de l’équipe de recherche « Vecteurs énergétiques durables » au laboratoire PROMES-CNRS
Comité Exécutif du programme SolarPACES (Solar Power And Chemical Energy Systems) de l’AIE
College of Members de l’Agence EUREC
Site web laboratoire PROMES-CNRS: http://www.promes.cnrs.fr
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 2
LES CENTRALES SOLAIRES THEERMODYNAMIQUES: PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT, ETAT DE L’ART ET
PERSPECTIVES MONDIALES
Alain FERRIERE (PROMES-CNRS, Odeillo)
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 3
1- Les enjeux
2- Les technologies solaires à concentration
3- Les centrales solaires thermodynamiques
4- Les coûts et les performances
5- Les progrès des technologies CSP
6- Les projets pour le futur
7- Le rôle de la France
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Sommaire
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 4
1- Les enjeux
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Surface nécessaire pour obtenir avec l’énergie solaire la même énergie annuelle que le barrage d’Assouan: 10200 GWh/an (efficacité globale 10%, puissance installée 4080 MW)
Un problème de surface?
Emprise au sol:
2 ha/MWe
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 5
1- Les enjeux
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Source: DLR (2001)
kWh/m2/an
Source: DLR (2001)
1- Les enjeux Un problème de terrain?
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 6
Source: C. Philibert (1991)
La ressource Ceinture solaireEnsoleillement direct normal >2000 kWh/m2/an Max: 2900 kWh/m2/an70 villes de plus de 1 millions d’habitants
60000 km2 (eq. 11% du territoire français) x 2000 kWh/m2/an x 10% = 12000 TWhe= consommation mondiale d’électricité
1- Les enjeux Un problème de ressource?
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
1% de la surface des zones arides et semi-arides est suffisante pour produire
l’électricité consommée dans le monde annuellement
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 7
1- Les enjeux
0
500
1000
1500
2000
2500
3000Electricity generationPotential TWh/a
Renew. used in 2001
TWh/a
Source: “Encyclopedia of Energy”, Elsevier Inc 2004
Un potentiel de production suffisanten Europe
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 8
Filière Emission CO2
[kg CO2/MWhe]
Charbon 900
Gaz C-C 400
Photovoltaïque 100
Solaire Thermique <20
Nucléaire 6
Hydraulique 4
Temps de retour énergétique: 5 moisComposants recyclablesCréation d’emplois: 1 MWe installé = 2 emplois directs créés
1- Les enjeux: l’impact environnemental et social
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 9
2- Les technologies solaires à concentration
Applications
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Electricité
Zéro émissionde CO2
Cycle combiné
Générateur(Cycle Stirling)
Turbine à gaz(Cycle Brayton)
Turbine à vapeur(Cycle Rankine)
Stockagethermique
ChaleurHT
Récepteur/réacteur
HT
RéactifsH2O
biomassegaz naturel
hydrocarbures oxydes
…/...
Produits(stockage chimique)
H2
Métaux C
Régénération
H2O
Pile à combustible
O2
Valorisation du C
Noirs de carboneFullerènesNanotubes
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 10
Moteur Stirling (moteur thermique avec apport de chaleur externe) Source solaire = aucune combustion Gaz de travail : hydrogènePuissance électrique brute : 9,8 kW Rendement nominal: 38 %
Une industrie des technologies solaires à concentration s’est créée en Allemagne et en Espagne
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
5- Les progrès des technologies CSP
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 25
La recherche se structure
SunLab: regroupement des activités « solaire thermique » de deux laboratoires Américains Sandia Labs + NREL, USA
SolLab: Alliance de centres de recherche européens (2004-2007)CNRS (France), DLR (All.), CIEMAT (Esp.), ETHZ (Suisse)
SolarPACES: Programme de l’AIE (1995-2007)« Solar Power And Chemical Energy Systems »USA, Australie, Mexique, Afrique du Sud, Allemagne, Espagne, France, Suisse, Italie, Israël, Egypte, Algérie.
International Partnership for the Hydrogen Economy (IPHE)
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
5- Les progrès des technologies CSP
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 26
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 30
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Avantages de la conversion thermodynamique:
Intégration dans des installations existantes (pas de surcoût groupes)
Energie électrique garantie par: stockage, efficace et peu coûteux et/ou hybridation (solaire/fossile) Possibilité de co-génération: électricité/chaleur électricité/eau potable Production maximale en phase avec les besoins de climatisation (été) Rendements de conversion élevés: 25%-30% 45% Potentiel de réduction des coûts de production important: amélioration des performances des systèmes (innovations) industrialisation (effet de taille) Temps de retour énergétique court et impact GES faible Création d’emplois (15 à 20 emplois directs et indirects par MW)
5- Les progrès des technologies CSP
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 31
Abengoa:10MW PS10 Tower
2x 20MW1x 50MW
SENERSolar Tres
15MW Tower
EHN+SolarGenix15MW EuroSEGS
SMAG/ACS3x50MW
AndaSol 1,2, 3
SMAG/ACS50MW ExtremaSol 1
Iberdrola:5x50MW
EuroTrough
6- Les projets pour le futurCas de l’Espagne: rachat à 0,269 €/kWhe garanti 25 ans unités de production <50 MWe , max. 15% fossile
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 32
Près de 2000 MWe en projet dans le monde (2015)
USA (Nouveau Mexique, Arizona, Nevada, Californie, Utah, Texas, Colorado)
1000 MWe
ESPAGNE 630 MWe
ISRAEL 100 MWe
AFRIQUE du SUD 100 MWe
EGYPTE 30 MWe
AUSTRALIE 20 MWe
ALGERIE 30 MWe
MAROC 20 MWe
ITALIE 20 MWe
ALLEMAGNE 1 MWe
6- Les projets pour le futur
Plus, provisoirement (→ 2015-2020):
Des politiques publiques incitatives: l’Espagne, un exemple à suivre!
Des initiatives internationales: CSP Global Market Initiative (5000 MWe en 2015)
Des aides: - Pays en développement GEF (Banque Mondiale) - Europe (C.E.)
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 33
Nevada (USA)
Les chantiers redémarrent, centrales commerciales en construction !
6- Les projets pour le futur
EgypteAustralieItalie
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Espagne
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 34
7- Le rôle de la France
1982-1986: L’expérience française en production d’électricité solaire thermique: THEMIS, Targasonne
• Succès scientifique• Désastre médiatique• Aventure industrielle avortée
Depuis 1986: Aucune réalisation industrielle en service
1995-2001: Veille scientifique & technologique (programme SolarPACES de l’AIE)
2002: Relance des travaux R&D en France, sous l’impulsion du CNRS-SPI (laboratoire PROMES d’Odeillo)
2004: Création du groupe de travail SOLTEC: CNRS-PROMES, EMAC-LGPSD, LATEP, ADEME, TOTAL, EDF, CREED
2004: Création de l’Alliance Européenne SOLLAB: CNRS, DLR, CIEMAT, ETHZ
Projets R&D nationaux et Européens
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 35
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
7- Le rôle de la France
CEA / GRETH Grenoble
CEA/DEN/SESI Cadarache
CEA Marcoule
CNRS / PROMES Odeillo
UPPA / LATEP Pau
EMAC / LGPSD Albi
ENSAM / TREFLE Talence
CNRS / LSGC Nancy
Les équipes de recherche
+ industries motivéesTOTAL
EDF-R&D
EDF E.N.
Bertin Technologies
Leroux & Lotz
Eiffel
CNIM
Poweo
CREED Veolia Env.
SolarEuromed
Smart Renewable Energy
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 36
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
7- Le rôle de la France
Une ressource suffisante sur quelques sites (en PACA, L-R)
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 37
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
7- Le rôle de la France
Un tarif de rachat attractif
Arrêté de juillet 2006
Tarif de rachat: 0,30 €/kWh
Puissance unitaire <12 MW
Maximum 1500 h/an équ. Pmax(fact. capacité max: 17%)
Garanti 20 ans
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 38
Système hybride solaire/fossile (ou biogaz) avec cycle à gaz
Objectifs scientifiques et technologiquesProposer et valider une méthodologie de changement d’échelle (4,5 MWth ; 1,4 MWe)Atteindre des fractions solaires élevées
70 – 80% en valeur instantanée50 – 60% en valeur moyenne annuelle
Développer les récepteurs solaires permettant d’atteindre des températures de sortie d’air de 1000°C et plusEtablir une base de données pour la conception et la prévision fiable des performances de la filièreMettre en place les collaborations (organismes de recherche européens et industries) pour assurer un futur développement de la filière
Projet PEGASE à Thémis
Production d’Electricité par turbine à Gaz et énergie Solaire
Centrale solaire Thémis, 1982-1986
THEMIS, 2004THEMIS, 2004
SOLARTECH
Projet de Plateforme technologique régionale (à vocation Européenne), adossée au Pôle de compétitivité DERBI
Il ne s’agit pas de réaliser une centrale solaire rentable, mais d’établir les bases scientifiques et techniques pour que la filière le devienne!
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
7- Le rôle de la France
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 39
Projet PEGASE à Thémis
Production d’Electricité par turbine à Gaz et énergie Solaire
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES
7- Le rôle de la France
Laboratoire Procédés, Matériaux et Energie SolaireUPR-CNRS 8521Odeillo et Perpignan
A. Ferriere Séminaire IPN Orsay, 17 septembre 2007 40
Projet PEGASE à Thémis (2007-2013)
LES TECHNOLOGIES SOLAIRES A CONCENTRATION APPLIQUEES A LA PRODUCTION D’ELECTRICITE ET D’HYDROGENE: SITUATION ET PERSPECTIVES