Modélisation numérique de centrales hybrides pv-csp compactes à grande échelle

Numerical modeling of large-scale compact pv-csp hybrid plants

• Auteur / Autrice : Dounia Ziyati
• Direction : Alain Dollet, Alexis Vossier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur. Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 19/07/2022
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Procédés, matériaux et énergie solaire (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Hamid Kachkachi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphanie Parola
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Chemisana Villegas, Mohamed Amara

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Systèmes dynamiques hybrides

Systèmes photovoltaïques

Chaleur -- Stockage

Énergie solaire

Mots clés libres

Système Photovoltaique

Solar à concentration

Hybridation compact

Modélisation numérique

Photovoltaic system

Concentrating Solar Power plants,

Compact hybridization

Numerical modeling

Résumé

L'énergie solaire représente une solution prometteuse pour répondre aux besoins énergétiques futurs à une époque où les sources de combustibles fossiles s'épuisent. Cependant, l'énergie solaire est confrontée à deux principaux défis : l'instabilité du réseau et l'intermittence. Pour surmonter ces inconvénients, un grand nombre de combinaisons entre les technologies solaires ont été étudiées au fil des années. Dans cette thèse, nous proposons de nous concentrer sur l'hybridation des technologies PV et CSP en un seul système compact. L'objectif de cette thèse est donc d'aller au-delà des descriptions et des hypothèses générales pour étudier la production énergétique annuelle de deux systèmes hybrides compacts, les centrales à un soleil et à haute température. Pour répondre à ces questions, un modèle électrique, thermique et optique détaillé est développé pour analyser les caractéristiques dynamiques de sortie des centrales hybrides, sur la base de paramètres d'entrée réalistes d'une centrale solaire à tour à grande échelle à Targassonne, en France. Nous démontrons la supériorité des deux centrales hybrides compactes par rapport aux technologies autonomes. L'ajout d'un système de stockage d'énergie thermique dans les centrales compactes a l'avantage de rendre la production d'énergie indépendante de la ressource solaire, ce qui permet de mieux contrôler la centrale et d'allonger le temps de production. Nous étudions également dans quelle mesure les conditions météorologiques et les profils de demande sont susceptibles d'affecter la capacité des systèmes hybrides compacts PV-CSP.

Solar energy represents a promising solution to meet future energy demands in an era of depleting fossil fuel sources. However, solar energy faces two main challenges: grid instability and intermittency. To overcome these drawbacks, a large number of combinations of solar technologies have been studied over the years. In this thesis, we propose to focus on the hybridization of PV and CSP technologies into one compact system. Therefore, the objective of this thesis is to go beyond general descriptions and assumptions to study the annual energy production of two compact hybrid systems, one-sun and high-temperature plants. To answer these questions, a detailed electrical, thermal, and optical model is developed to analyze the dynamic output characteristics of the hybrid plants, based on realistic input parameters of a large-scale solar tower plant in Targassonne, France. We demonstrate the superiority of the two compact hybrid plants over stand-alone technologies. The addition of a thermal energy storage system in the compact plants has the advantage of making the energy production independent of the solar resource, which allows for better control of the plant and longer production time. We also investigate the extent to which weather conditions and demand profiles are likely to affect the capacity of compact PV-CSP hybrid systems.