Centrale de chauffage solaire

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La centrale de chauffage solaire de Marstal au Danemark s'étend, en 2012, sur une surface de 18 365 m2, avant un agrandissement qui portera sa surface à 33 300 m2 en 2014[1].

Une centrale de chauffage solaire (en anglais, solar heating plant : SHP) est une centrale solaire thermique basse température (par opposition à une centrale solaire thermodynamique). Elle utilise l'énergie du rayonnement solaire afin de produire de l'eau chaude de manière centralisée, ensuite distribuée aux consommateurs via un réseau de chaleur. Cette chaleur peut répondre à la fois à des besoins de chauffage ou d'eau chaude sanitaire. Dans certains cas, la chaleur produite peut être utilisée pour des applications industrielles[2].

Les capteurs solaires thermiques utilisés sont généralement placés au sol ou sur un vaste toit et couvrent des surfaces qui peuvent être importantes.

Le Danemark est un des pays les plus en pointe sur ce type de techniques et possède de nombreuses centrales[3], mettant ainsi à profit son réseau de chaleur développé depuis les années 1970 [4].

En Europe, la première centrale a été construite en Suède en 1979, et a été démantelée depuis. En 2010, la plus vieille centrale toujours en activité date de 1985[5].

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Stockage thermique pour chauffage urbain à Krems en Autriche, 50 000 m3 d'eau, 2 GWh.

Une centrale de chauffage solaire est composée de deux circuits. D'un côté le circuit primaire, composé de plusieurs rangées parallèles de panneaux solaires en série où circule un fluide caloporteur (généralement un mélange d'eau et de propylène glycol ou éthylène glycol). Grâce au rayonnement solaire, la température du fluide augmente lors de son passage dans les capteurs solaires. La chaleur emmagasinée est ensuite échangée au niveau d'un échangeur de chaleur pour chauffer de l'eau dans le circuit secondaire. Cette eau chaude est ensuite soit distribuée directement dans un réseau de chaleur, soit stockée dans des réservoirs pour pouvoir être utilisée dans les heures qui suivent. Des solutions de stockages saisonnier ont aussi été développées, comme c'est le cas pour les centrales de Marstal, Dronninglund[6] ou encore Brædstrup[7].

La production de chaleur dépend de différents facteurs, notamment :

  • l'ensoleillement
  • la position des capteurs solaires thermiques (orientation, inclinaison)
  • le type de capteurs solaires thermiques
  • la vélocité du fluide circulant dans les collecteurs
  • la température d'entrée du fluide circulant dans les collecteurs
  • la nature du fluide circulant dans les collecteurs.

Stockage[modifier | modifier le code]

Le rayonnement solaire apportant plus d'énergie à un point donné de la surface terrestre pendant la saison estivale, des solutions apparaissent dans le but de stocker cette énergie pour une utilisation pendant les mois d'hiver, lorsque la demande en chauffage est importante.

Différentes initiatives existent utilisant la capacité thermique de certains matériaux pour conserver la chaleur sur des périodes longues. Le stockage souterrain est une technique employée, soit avec un stockage directement dans le sous-sol comme c'est le cas au sein de la Communauté solaire de Drake Landing au Canada, soit grâce à un stockage dans un réservoir d'eau enterré. Cette dernière technique a été mise en place à la centrale solaire de Marstal au Danemark.

Les centrales solaires thermiques dans le monde[modifier | modifier le code]

Diffusion[modifier | modifier le code]

Les centrales de chauffage solaire représentent une part très marginale du marché du solaire thermique dans le monde, marché largement dominé par les applications domestiques. À l'échelle mondiale en 2011, moins de 1 % de la capacité installée sur l'année était destinée à des centrales de chauffage solaire[8].

Quelques exceptions existent malgré tout. Au Danemark notamment, deux tiers de la capacité installée en 2011 l'a été pour des applications centralisées de chauffage solaire[8].

Liste des principales installations[modifier | modifier le code]

No. Ville Pays Surface
collecteurs [m²]
Puissance
[MW]
Production annuelle
(estimée) [GWh]
Année d'installation Fabricant des panneaux Stockage saisonnier
1 Gaby mine[9] Chili 39 300 - 50 2011 Sunmark (Danemark)
2 Dronninglund[10],[11] Danemark 37 573 27 18 2014 ARCON (Danemark) Réservoir de 60 000 m3
3 Riyad[12] Arabie Saoudite 36 305 25 - 2011 GREENoneTEC (Autriche)
4 Marstal[1] Danemark 33 300 23,3 - 1996-2001-2014 Sunmark/ARCON Réservoir de 75 000 m3
5 Ringkjøbing Danemark 30 000 22,6 14,25 2010-2014 ARCON
6 Gråsten Danemark 19 024 13 9,7 2012 ARCON
7 Brædstrup Danemark 18 612 14 8,9 2007/2012 ARCON
8 Tarm Danemark 18 585 13,1 9 2013 ARCON
9 Vojens Danemark 17 500 13 10 2012 Sunmark
10 Kaida Chine 15 000 - - - -
11 Changshu Chine 15 000 - - - -
12 Oksbøl Danemark 14 745 9,9 7,78 2010-2013 Sunmark
13 Jægerspris Danemark 13 405 8,6 6 2010 Sunmark
14 Hangzhou Chine 13 000 - - - -
15 Lillestrøm[13] Norvège 12 810 8,8 4,2 2012 Sunmark

Sources [14],[3],[15],[2].

Économie[modifier | modifier le code]

Il est estimé que les coûts de production d'une centrale de chauffage thermique solaire sont au minimum de 30 €/MWh en Europe du nord et 20 €/MWh en Europe méridionale[16]. Avant d'implanter une centrale solaire, une étude économique doit être menée afin de comparer les coûts de production de la centrale solaire avec les coûts des moyens de production existants, ou des alternatives envisageables.

En fonction du contexte, une centrale solaire ne sera pas toujours rentable. Si de la chaleur résiduelle est disponible (centrale d'incinération, processus industriel...), la centrale solaire ne sera pas compétitive. À l'inverse, le contexte le plus favorable est une association avec une centrale de cogénération au gaz naturel ou à la biomasse. En effet, le coût marginal de production d'une centrale à biomasse est de 20-30 €/MWh, ce qui la situe dans le même ordre de grandeur qu'une centrale solaire. Dans le cas d'une centrale au gaz, le prix du combustible est en Europe très élevé, ce qui rend les centrales solaires compétitives (46 €/MWh en Autriche et en Allemagne, 61 €/MWh en Italie par exemple)[16].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Il est prévu que l'agrandissement de la centrale actuelle de 18 365 m2 s'achève en 2014.(en) Solar District Heating, « Marstal Solar District Heating - EU supports the extension to a 100% renewable energy system », sur www.solar-district-heating.eu,‎ 25 juin 2010 (consulté le 11 octobre 2013).
  2. a et b (en) Runqing, H., Peijun, S. et al., « An overview of the development of solar water heater industry in China », Energy Policy, L.A. Greening, vol. 51,‎ décembre 2012, p. 46-51 (DOI 10.1016/j.enpol.2012.03.081, lire en ligne).
  3. a et b (en)Site recensant une grande partie des centrales danoises ainsi que les données de production heure par heure
  4. (en) Energistyrelsen, « Public heat planning (1970s and 1980s) », sur www.ens.dk,‎ N/A (consulté le 25 juillet 2014).
  5. [PDF](en) CIT Energy Management AB, « Success Factors in Solar District Heating », sur www.solar-district-heating.eu,‎ décembre 2010 (consulté le 25 juillet 2014).
  6. (en) Sørensen, P. A., Holm, L. et al., « Water Storages, Solar thermal and Heat pumps in District Heating », Proceedings of EuroSun 2008 Conference, Lisbonne,‎ 2008 (lire en ligne).
  7. (en) Solar District Heating, « Extension of the Braedstrup solar district heating plant », sur www.solar-district-heating.eu,‎ 11 février 2012 (consulté le 25 juillet 2014).
  8. a et b (en) Mauthner, Franz et Weiss, Werner, « Solar Heat Worldwide - Markets and Contribution to the Energy Supply 2011 (Edition 2013) », sur www.iea-shc.org,‎ mai 2013 (consulté le 20 novembre 2013), p. 39-40.
  9. La centrale doit ouvrir en juin 2013. (en)« Chile: World’s Largest Collector Field to Provide Heat for Copper Mine », sur Global Solar Thermal Energy Council,‎ 22 octobre 2012 (consulté le 04 mars 2013).
  10. (en) Nordic Folkecenter, « The World's Largest Solar Heating Plant in Dronninglund, Denmark », sur www.folkecenter.net,‎ mai 2014 (consulté le 1 juin 2014).
  11. (en) Baerbel Epp, « Denmark: Construction Start on Dronninglund’s Solar District Heating Plant », sur solarthermalworld.org,‎ avril 2013 (consulté le 1 juin 2014).
  12. (en) Solar District Heating, « The world biggest solar thermal plant in Riad », sur www.solar-district-heating.eu,‎ 9 janvier 2012 (consulté le 11 octobre 2013).
  13. (en) Solar District Heating, « Norway’s largest solar district heating plant inaugurated », sur www.solar-district-heating.eu,‎ 6 février 2013 (consulté en 9 août2014).
  14. [PDF] (en) Weiss, Werner et Mauthner, Franz, « Solar Heat Worldwide - Markets and Contribution to the Energy Supply 2010 », sur www.iea-shc.org,‎ mai 2012 (consulté le 11 octobre 2013), p. 43.
  15. (en) ARCON, « Kungälv Energy AB - S », sur www.arcon.dk,‎ N/A (consulté le 11 octobre 2013).
  16. a et b SDH 2012, p. 9-12.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Sørensen, P. A., Nielsen, J. E. et al., Solar district heating guidelines : Collection of fact sheets WP3 – D3.1 & D3.2, Solar District Heating,‎ août 2012, 152 p. (lire en ligne) Document utilisé pour la rédaction de l’article

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]