Centrales Solaires de Prochaines Générations (CSPG)

La thématique Centrales Solaires de Prochaines Générations mène des activités de recherche pluridisciplinaires à différentes échelles. Elle développe à la fois des approches numériques et la mise en œuvre d’expérimentations sous flux solaire pour optimiser et piloter les différents composants des CSPG.

A l’échelle du réseau, nous nous intéressons principalement à la gestion de la production et à la distribution de l’énergie avec pour objectif la stabilité du réseau de distribution électrique, potentiellement perturbé par l’ajout d’énergies renouvelables intermittentes.
A l’échelle système, nous concevons et dimensionnons des procédés de conversion de l’énergie solaire concentrée. Nous instrumentons et développons des algorithmes de pilotage des centrales solaires photovoltaïques et thermodynamiques.
A l’échelle du récepteur, nous nous concentrons sur la conception et l’optimisation de récepteurs solaires de forte puissance et à haute température qui constitue un verrou majeur dans le développement des nouvelles centrales à haut rendement. Il nécessite notamment l’intensification des transferts, la caractérisation de l’évolution des matériaux sous contrainte solaire et de la physique des changements d’échelle dans les écoulements au sein des récepteurs.
A l’échelle locale, nous cherchons à mieux comprendre et à modéliser les couplages entre la thermique, la dynamique et le caractère diphasique des écoulements.
A toutes ces échelles, nous utilisons les outils de l’intelligence artificielle à des fins de modélisation, de prévision et d’optimisation.

Nos recherches se structurent en quatre actions détaillées ci-dessous
Récepteurs solaires

Le récepteur solaire est un élément critique d’une centrale solaire sous concentration, surtout à haute température. En effet, il convertit le rayonnement concentré en chaleur via le fluide de transfert à des températures pouvant atteindre 1000°C dans le cas des centrales solaires du futur. Dans ce contexte l’action de recherche dédiée aux récepteurs solaires s’intéresse donc aux problématiques d’écoulements au sein du récepteur (gaz pressurisé, mélange gaz/particule, génération directe de vapeur), à l’évolution des matériaux soumis aux contraintes fortes du rayonnement solaire concentré ou encore à l’amélioration des performances du récepteur notamment par intensification des transferts de chaleur.


Système centrale solaire

A l’échelle du système global centrale solaire, plusieurs aspects sont étudiés dans cette action de recherche. La prévision de la ressource solaire, notamment à court terme, est un enjeu important pour la gestion et le pilotage d’une centrale. La compréhension et la modélisation de l’optique de concentration permettent de prédire le flux solaire reçu par le récepteur, alors que la dynamique du stockage et son intégration au système global permettent d’optimiser les performances de production de la centrale. Enfin, l’architecture globale des systèmes innovants, pouvant faire intervenir des systèmes hybrides ou des modes de conversion complémentaires, est aussi étudiée.

Gestion et intégration réseau

Le déploiement des centrales solaires, tout comme le déploiement d’installations solaires de faible puissance, soulève de nombreuses questions, en particulier quant à la gestion de la production décentralisée et de son impact sur la stabilité du réseau électrique. Est abordé le développement de solutions, tant matérielles que logicielles, pour la gestion prévisionnelle des réseaux électriques de distribution et des micro-réseaux, tirant profit de flexibilités, parmi lesquelles des dispositifs de stockage, et favorisant la pénétration de la production décentralisée au sein de ces réseaux et micro-réseaux.

Action transversale : Intelligence artificielle pour le solaire

L’intelligence artificielle, en particulier l’apprentissage automatique, a un rôle à jouer dans le déploiement des centrales solaires de prochaine génération. Entre autres applications, l’apprentissage automatique est mis à profit pour la modélisation et l’optimisation des récepteurs solaires – sont abordées la modélisation des écoulements fortement anisothermes et la caractérisation thermophysique des matériaux, à des fins de suivi de leur vieillissement –, la prévision de la ressource solaire, le contrôle/commande avancé des centrales solaires, la détection de défauts pour la maintenance prédictive des centrales et, dans un contexte marqué par le déploiement des réseaux électriques intelligents, la gestion de la production décentralisée.

Responsable de la thématique
Responsable adjoint de la thématique
Responsable adjoint de la thématique
Adrien Toutant

Adrien Toutant

Maître de conférence Université de Perpignan

Stéphane Grieu

Stéphane Grieu

Professeur Université de Perpignan

Quentin Falcoz

Quentin Falcoz

Maître de conférence Université de Perpignan

Membres permanents dans la thématique
Nom de la ThématiqueCentrales Solaires de Prochaines Générations (CSPG)
ResponsableAdrien TOUTANT
Adjoint•e•sQuentin FALCOZ
Stéphane GRIEU
Nombre de C/EC/IR12 (3 C/ 9 EC/ 0 IR)
Nombre de Doctorants/Post-docs/ATER/...13 (10 doctorant•e•s/ 2 Postdoc/ 1 ATER)
Membres permanents de la Thématique et statut (IR, CR, DR, MCF, PR - HDR)

Françoise BATAILLE, PRCE UPVD
Bernard CLAUDET, PR2 UPVD
Julien EYNARD, MCF UPVD
Quentin FALCOZ, MCF UPVD
Olivier FAUGEROUX, MCF UPVD
Alain FERRIERE, CRHC CNRS
Gilles FLAMANT, DRCE CNRS Em.
Stéphane GRIEU, PR2 UPVD
Samuel MER, MCF UPVD
Gabriel OLALDE, DR1 CNRS Em.
Stéphane THIL, MCF UPVD
Adrien TOUTANT, MCF UPVD

Membres non-permanents de la Thématique et statut (Doctorant, Post-doctorant, ATER, …)

Florian BONZOMS, CDD Doct.
Tejaswinee DARURE, CDD PostDoc
Martin DAVID, CDD Doct.
Shab GBEMOU, CDD Doct.
Ronny GUEGUEN, CDD Doct.
Salim HAMIDI, CDD Doct.
Youssef KAROUT, CDD Doct.
Romain MANNINI, CDD Doct.
Edouard MONTANET, CDD Doct.
Julien NOU, CDD PostDoc
Guillaume SAHUQUET, CDD Doct.
Ségolène VANNEREM, CDD Doct.

Actions de Recherche
  • Récepteurs solaires
  • Système centrale solaire
  • Gestion et intégration réseau
  •  Intelligence artificielle pour le solaire
Mots clés
  • Energie solaire
  • Ressource solaire
  • Transferts thermiques
  • Ecoulement
  • Thermomécanique
  • Modélisation
  • Optimisation
  • Contrôle/commande
  • Apprentissage automatique
  • Systèmes intelligents
Contrats Nationaux
  • Smart Occitania, ADEME, 2017-2021
  • PrevPV, Région Occitanie, 2018-2021
  • GEIBAT, Région Occitanie, 2019-2022
  • GHIcast II, SATT AxLR, 2021-2023
  • SmartECS, MITI CNRS, 2021-2024
  • OPTICLINE, ANR, 2017-2021
  • CIFRE SUNCNIM, 2021-2024
Contrats Européens et Internationaux
  • SFERA III, H2020, 2019-2023
  • IMPROVEMENT, Interreg Sudoe, 2019-2023
  • SolPart , H2020, 2015- 2019
  • NextCSP, H2020, 2016- 2021
  • Polyphem, H2020, 2017-2021
  • INSHIP H2020, 2016-2021
Collaborations nationales principales ayant donné lieu à des publications communes
  • CEA-Saclay
  • IMFT
  • ECL
  • IRIT
  • ENSMA
  • GEPEA
Collaborations internationales principales ayant donné lieu à des publications communes
  • CNH2 (Esp.)
  • CIEMAT (Esp.)
  • IST (Por.)
  • LNEG (Por.)
  • DLR (All.)
  • HUST (Chine)
  • LLNL (USA)
  • NREL (USA)
Principales installations expérimentales
  • Grand Four Solaire d’Odeillo
  • Centrale Solaire Thémis
Principaux moyens numériques
  • TrioCFD (écoulement turbulent)
  • Neptune-CFD (écoulement diphasique)
  • SOLFAST (lancé de rayons)
  • MATLAB
  • TensorFlow (Keras)
  • TRNSYS
  • Energy+
  • Cinq serveurs de calcul (IMPROVEMENT x2, GHIcast II)