Énergie Solaire Concentrée (CSP)

Le cours CSP1302 — Énergie Solaire Concentrée (CSP) (3 crédits ; CM 18 h, TD 6 h, TP 6 h, TPE 30 h ; charge totale 60 h) présente la filière thermodynamique solaire : concentration du rayonnement direct, conversion en chaleur à moyenne ou haute température, stockage thermique et production d’électricité par cycle de Rankine ou de Brayton. Contrairement au photovoltaïque, une centrale CSP associée à un stockage en sels fondus peut produire après le coucher du soleil, au moment de la pointe du soir des réseaux sahéliens. Le cours fournit les outils de dimensionnement (optique, thermodynamique, stockage), l’usage du logiciel SAM du NREL, et une analyse technico-économique critique du CSP face au couple PV + batteries au Niger et en Afrique de l’Ouest.

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre les principes thermodynamiques et optiques des centrales solaires à concentration.
• Dimensionner un champ de collecteurs cylindro-paraboliques et un système de stockage thermique.
• Analyser les cycles thermodynamiques (Rankine, Brayton) utilisés dans les centrales CSP.
• Évaluer les potentiels CSP en Afrique sahélienne et comparer avec le solaire PV.

Prérequis

Thermodynamique des EnR (THE3402) ; Énergie Photovoltaïque (EPV3401). Notions de transferts thermiques (rayonnement, loi de Stefan-Boltzmann) et d’utilisation des tables de vapeur.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Physique et Optique des Systèmes CSP
2. Leçon 2 — Cycles Thermodynamiques CSP
3. Leçon 3 — Centrales CSP Tour et CCP
4. Leçon 4 — Perspectives CSP en Afrique de l’Ouest

Travaux pratiques

• TP1 : Simulation d’une centrale CCP sur SAM — Niger, site de Zinder (DNI = 2 450 kWh/m²/an) (leçon 3).
• TP2 : Dimensionnement du stockage TES 6 h pour une centrale de 50 MWe (leçon 2).
• TP3 : Comparaison LCOE CSP + TES vs PV + BESS au Sahel — tableau de bord Excel (leçon 4).

Modalités d’évaluation

Contrôle continu + examen terminal : CC 40 % (comptes rendus de TP, TD, quiz), ET 60 % (épreuve écrite). Nature : mixte (M).

Bibliographie

• Goswami, D. Y., Principles of Solar Engineering, CRC Press.
• IRENA, Concentrating Solar Power — Technology Brief (gratuit en ligne).
• NREL, System Advisor Model (SAM) — Documentation (sam.nrel.gov).
• Duffie, J. A. & Beckman, W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley (complément).
• Lovegrove, K. & Stein, W. (dir.), Concentrating Solar Power Technology, Woodhead Publishing (complément).