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 pour la production de chaleur et d’électricité. 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. La production est soit de l’électricité soit de la chaleur industrielle à différents niveaux de température. 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.
Le PROMES sky imager (PSI) installé sur le site de la centrale solaire Palma del Rio II (Espagne) et les algorithmes de prévision infra-horaire de la ressource solaire fondés sur l’apprentissage automatique
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
Maître de conférence Université de Perpignan
Stéphane Grieu
Professeur Université de Perpignan
Quentin Falcoz
Maître de conférence Université de Perpignan
Membres dans la thématique
| Nom de la Thématique | Centrales Solaires de Prochaines Générations (CSPG) |
|---|---|
| Responsable | Adrien TOUTANT |
| Adjoint•e•s | Quentin FALCOZ Stéphane GRIEU |
| Nombre de C/EC/IR | 15 (3 C/ 11 EC/ 1 IR) |
| Nombre de Doctorants/Post-docs/ATER/... | 10 (10 doctorant•e•s/ 0 Postdoc) |
| Membres permanents de la Thématique et statut (IR, CR, DR, MCF, PR - HDR) | Françoise BATAILLE, PRCE UPVD |
| Membres non-permanents de la Thématique et statut (Doctorant, Post-doctorant, ATER, …) | Israël AGUILERA CORTES, CDD Doct. |