Conception optimale de centrales solaires à concentration : application aux centrales à tour et aux installations "beam down"

Optimal design of solar thermal power plants : application to solar power tower and "beam down" concentrators

• Auteur / Autrice : Olivier Farges
• Direction : Mouna El Hafi, Jean-Jacques Bézian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et transferts
• Date : Soutenance le 05/06/2014
• Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Gilles Flamant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mouna El Hafi, Jean-Jacques Bézian, Eduardo de Cursi Souza, José Gonzalez-Aguilar, Olivier Fudym
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eduardo de Cursi Souza, José Gonzalez-Aguilar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Production

Concentrateurs solaires

Monte-Carlo, Méthode de

Centrales solaires

Transfert radiatif

Mots clés libres

Transfert radiatif

Energie solaire concentrée

Optimisation par essaim particulaire

Centrale solaire à récepteur central

Estimation de sensibilités

Concentrateur beam down

Radiative transfer

Concentrated solar power

Swarm-based optimization

Central receiver system

Sensitivities estimation

Beam down concentrator

Résumé

Depuis les années quarante, la consommation énergétique mondiale n'a cessé d'augmenter. Cette énergie étant majoritairement d'origine fossile, il en résulte une augmentation globale de température terrestre. De ce fait, il est devenu urgent de réduire les émissions de gaz à effet de serre pour stopper le changement climatique. Dans ce contexte, le développement de la production d'électricité à partir d'énergie solaire concentrée par voie thermodynamique est une solution prometteuse. Les efforts de recherche visent à rendre cette technologie plus efficace et plus compétitive économiquement. Dans ce but, ce manuscrit présente une méthode de conception optimale pour les centrales solaires à récepteur central. Elle tire parti des méthodes développées depuis de nombreuses années par le groupe de recherche StaRWest, regroupant notamment des chercheurs des laboratoires RAPSODEE (Albi), LAPLACE (Toulouse) et PROMES (Odeillo). Couplant des algorithmes de Monte Carlo à hautes performances et des algorithmes stochastiques d'optimisation, le code de calcul implémentant cette méthode permet la conception et l'optimisation d'installations solaires. Il est utilisé pour mettre en évidence les potentialités d'un type de centrales à récepteur central peu répandu : les centrales à réflecteur secondaire, également appelées centrales de type "beam down".

Since the early 40's, world energy consumption has grown steadly. While this energy mainly came from fossil fuel, its use has included an increase in temperatures. It has become urgent to reduce greenhouse gas emissions to halt climate change. In this context, the development of concentrated solar power (CSP) is a promising solution. The scientific community related to this topic has to focus on efficiency enhancement and economic competitiveness of CSP technologies. To this end, this thesis aims at providing an optimal design method applied to central receiver power plants. It takes advantage of methods developed over many years by the research group StaRWest. Both RAPSODEE (Albi), LAPLACE (Toulouse) and PROMES (Odeillo) researchers take an active part in this group. Coupling high performance Monte Carlo algorithms and stochastic optimization methods, the code we developed allows an optimal design of concentrated solar systems. This code is used to highlight the potential of an uncommon type of central receiver plants: reflective towers, also called "beam down" central receiver systems.