Mise en place de la boucle d'air comprimé – 2012/2013

Réalisation : CNRS/PROMES
Partenaires : EDF R&D, ADEME

La boucle d'air comprimé installée à l'étage 79 m de la tour (foyer Mini-Pegase) est destinée à fournir au récepteur solaire pilote le fluide de transfert (air comprimé) dans une large gamme de conditions opératoires : débit d'air, pression de travail, température d'entrée. En s'affranchissant de la turbine et de son étage de compression, les paramètres opératoires sont contrôlés de manière indépendante. De cette manière, l'expérimentation du récepteur est effectuée avec une grande souplesse en simulant l'ensemble des conditions d'utilisation rencontrées en exploitation dans une centrale solaire à tour mettant en œuvre une turbine gaz en mode hybride.
La boucle d'air comprimé est alimentée par l'unité de production et de traitement d'air et le réseau de transport mis en service en 2011. Le réseau de transport achemine l'air comprimé propre et sec à la température ambiante jusqu'à une vanne d'arrêt située à l'étage 79 m. En aval de cette vanne d'arrêt, la boucle se compose d'une vanne de régulation de débit (gamme 0 – 1000 g/s), d'un réchauffeur électrique d'une puissance de chauffe variable de 0 à 440 kW (2 épingles de 220 kW) capable de chauffer 1 kg/s d'air de la température ambiante jusqu'à 350°C, de deux tubes semi-rigides pour alimenter le récepteur solaire et collecter l'air chaud en sortie, d'une vanne de régulation de pression (gamme 0 – 15 bar), et d'un silencieux avant le rejet de l'air vers l'extérieur de la tour.
Un débitmètre installé en aval de la vanne de régulation de débit et un piquage de pression sur la sortie du récepteur solaire raccordé à un transmetteur de pression complètent ce dispositif. Une armoire contenant les 2 régulateurs de débit et de pression est installée à l'étage 75 m. L'armoire de puissance et de régulation du préchauffeur électrique est située à proximité de celui-ci à l'étage 79 m.
Les matériels lourds ou encombrants ont été levés avec le pont télescopique par l'extérieur à la tour, en juin 2012 (voir photos de la figure 1).

 

Levage du réchauffeur électrique (charge 800 kg) Manutention de l’armoire du réchauffeur (charge 400 kg)
1a: Levage du réchauffeur électrique (charge 800 kg)1b: Manutention de l’armoire du réchauffeur (charge 400 kg)
Fig.1 : Levage des matériels de la boucle d’air comprimé (Images CNRS/PROMES, juin 2012)

Les derniers composants de la boucle ont été mis en place une fois que la cavité a été installée. La dernière opération effectuée pour la mise en service de la boucle a été le paramétrage des régulateurs de débit et de pression d'air en janvier 2013. Les photos de la figure 2 montrent la boucle d'air ainsi installée et mise en service.

2-a :	Arrivée d’air par le réseau de transport (tube bleu) et vanne d’arrêt, segment de tube horizontal et vanne de régulation de débit (blanche), coude à 90° et segment de tube droit   2-b :	Tuyauterie en amont du réchauffeur, débitmètre massique (en bleu), réchauffeur électrique en épingle, au fond l’armoire de régulation du réchauffeur
2-a : Arrivée d’air par le réseau de transport (tube bleu) et vanne d’arrêt, segment de tube horizontal et vanne de régulation de débit (blanche), coude à 90° et segment de tube droit   2-b : Tuyauterie en amont du réchauffeur, débitmètre massique (en bleu), réchauffeur électrique en épingle, au fond l’armoire de régulation du réchauffeur
2-c :	Cavité vue de profil, alimentée par le tube semi-rigide depuis la sortie du réchauffeur, sortie d’air sur tube semi-rigide vers la vanne de régulation de pression (en blanc)   2-d :	Cavité vue de l’arrière, au second plan l’ouverture du foyer avec les protections thermiques (isolant en clair), la porte du récepteur et la barre mobile de mesure de flux, la motorisation des déplacements (à gauche)
2-c : Cavité vue de profil, alimentée par le tube semi-rigide depuis la sortie du réchauffeur, sortie d’air sur tube semi-rigide vers la vanne de régulation de pression (en blanc)   2-d : Cavité vue de l’arrière, au second plan l’ouverture du foyer avec les protections thermiques (isolant en clair), la porte du récepteur et la barre mobile de mesure de flux, la motorisation des déplacements (à gauche)

Fig.2 : Boucle d’air mise en service à l’étage 79 m (Images CNRS/PROMES, janvier 2013)

28 héliostats ont été sélectionnés dans le champ solaire de Pegase (sur un total de 107 héliostats en service) pour constituer le groupe Mini-Pegase (voir Figure 3). Ces héliostats occupent une position centrale dans le champ, l'angle sous lequel ils sont vus depuis le foyer Mini-Pegase est faible, de sorte que le balcon de visite n'intercepte pas le faisceau solaire concentré. Une campagne d'essais, effectuée en février 2012, a montré que les protections thermiques extérieures et intérieures sont efficaces, et que les panneaux de protection réfrigérés permettent d'évacuer la puissance non utilisée (voir Figure 4).

Nous avons toutefois constaté que le débit de liquide réfrigérant (eau glycolée) est insuffisant lorsque la puissance à évacuer est grande. Nous proposons en conséquence de modifier la conception de l'alimentation des panneaux, en raccordant les canaux en parallèle à partir d'une nourrice tubulaire. Cette modification est prise en compte pour la fabrication du prochain panneau qui doit équiper la face arrière de la cavité et ainsi simuler l'étage absorbeur complet.

Fig.3 : Champ d’héliostats (Image CNRS/PROMES, février 2012). 27 héliostats du groupe Mini-Pegase sont en tir, dont 16 sont en attente et 9 focalisent sur le foyer Mini-Pegase   Fig.4 : Le foyer Mini-Pegase éclairé par le faisceau solaire concentré (Image CNRS/PROMES, février 2012)
Fig.3 : Champ d’héliostats (Image CNRS/PROMES, février 2012). 27 héliostats du groupe Mini-Pegase sont en tir, dont 16 sont en attente et 9 focalisent sur le foyer Mini-Pegase   Fig.4 : Le foyer Mini-Pegase éclairé par le faisceau solaire concentré (Image CNRS/PROMES, février 2012)