Etude des pertes thermiques du récepteur de la centrale solaire thermodynamique eLLO

Edouard Montanet2^{2}, Sylvain Rodat2^{2}, Quentin Falcoz1,⋆^{1,\star}, Fabien Roget3^{3}
⋆^{\star} : quentin.falcoz@promes.cnrs.fr
1^{1} UPVD
2^{2} PROMES-CNRS
3^{3} Centrale solaire Ello
Mots clés : Concentrateur linéaire Fresnel, Récepteur solaire, Pertes thermiques, Modèle thermohydraulique monophasique
Résumé :

La centrale solaire thermodynamique eLLO de 9 MWélec, inaugurée et opérationnelle depuis 2019, a été conçue par SUNCNIM et est exploitée par eLLO. Les lignes solaires sont équipées de concentrateurs linéaires Fresnel composés de 140 réflecteurs primaires chacun permettant de concentrer le rayonnement solaire vers un récepteur solaire situé à une hauteur de 8,5 m au-dessus de l’axe des réflecteurs primaires. Ce récepteur est équipé d’un tube absorbeur, d’un réflecteur secondaire de type CPC, ainsi que d’une vitre et d’une enceinte de protection. Notons que le tube absorbeur n’est pas sous vide et que la cavité entre le réflecteur secondaire et l’enceinte de protection n’est pas isolée. Les lignes solaires fonctionnent en génération directe de vapeur à 70 bars, 289∘^{\circ}C.

Pour réguler le débit dans les lignes solaires, il est essentiel de caractériser les pertes thermiques du récepteur solaire, en particulier pour les systèmes de génération directe de vapeur. En pratique, l’étude des pertes thermiques d’un récepteur est effectuée sans concentration solaire, par circulation du fluide caloporteur dans le tube absorbeur. Le fluide à l’entrée est maintenu à une température constante jusqu’à ce que le régime permanent soit atteint, c’est-à-dire une température constante à la sortie. Dans ce cas, le bilan thermique du système récepteur-fluide peut être simplifié pour déterminer les pertes thermiques du système, qui sont définies comme la différence d’énergie du fluide entre l’entrée et la sortie du système (sans accumulation).

Dans le cas de la centrale solaire eLLO, la complexité de l’étude des pertes thermiques réside dans la détermination de protocoles n’impactant pas la production électrique journalière. Cela impose de travailler en régime transitoire dans certains cas. Une nouvelle méthode qui consiste à intégrer l’ensemble des termes du bilan thermique du système récepteur-fluide, est introduite pour évaluer les pertes pour des régimes d’écoulements transitoires. Un modèle thermohydraulique monophasique est développé pour valider cette méthode de caractérisation avec, comme données d’entrée, les mesures expérimentales. Les équations sont résolues grâce à la méthode des différences finies avec une discrétisation temporelle implicite et une discrétisation spatiale le long du récepteur. L’état des récepteurs solaires et notamment l’absence d’une partie des vitres de protection est estimée dans le modèle en majorant l’échange convectif dans la cavité du récepteur. Ainsi, les pertes thermiques du récepteur sont évaluées expérimentalement grâce à des protocoles spécifiques. Les pertes thermiques du récepteur de la centrale eLLO sont comparées aux pertes des modules Nova-1 et LF-11 décrits, respectivement, par les industriels Frenell et Industrial Solar.

Les pertes thermiques d’un module eLLO dans les conditions de références (T_in = 230∘^{\circ}C, T_out = 280∘^{\circ}C et T_ext = 20∘^{\circ}C) sont égales à 36,1 W/m² contre, 24,9 W/m² pour le module Nova-1 et 23,7 W/m² pour le module LF-11. Par rapport aux deux autres modules, le module eLLO présente des pertes plus importantes. Le tube absorbeur sous-vide du module LF-11, l’isolation du récepteur Nova-1 et enfin l’état du récepteur eLLO sont plusieurs paramètres qui peuvent expliquer l’écart entre les différents types de récepteurs.

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