Etude technico-économique d'un champ solaire

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  • Revue des Energies Renouvelables Vol. 18 N2 (2015) 315 327

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    Etude technico-conomique dun champ solaire

    de type stirling dish tissemsilt

    D. Zebbar *, S. Kherris, N. Mohamed Chrif et B. Ghabi

    Institut des Sciences et des Technologies

    Centre Universitaire de Tissemsilt, B.P. 182, Tissemsilt 38000, Algrie

    (reu le 23 Octobre 2014 accept le 30 Juin 2015)

    Rsum - Le prsent travail est consacr ltude technico-conomique dune ventuelle

    implantation de champ solaire de type Stirling-Dish (SD) pour la production dlectricit

    au niveau de la localit de Tissemsilt. Dans une premire tape, lanalyse du potentiel

    solaire de la localit en question a t effectue. Ceci a permis den dduire sur la base de

    donnes sur lensoleillement et de la valeur moyenne de la radiation solaire incidente sur

    la ville de Tissemsilt estime 1944 kWh/m2 sur une dure annuelle de 2999 h que

    lensoleillement au niveau de Tissemsilt est favorable pour limplantation dun champ

    SD. Lvaluation de la viabilit conomique du champ, ralise par la suite a permis den

    dduire que limplantation dun champ solaire SD au niveau de la localit de Tissemsilt

    est possible et est conomiquement viable et rentable pour des prix de revient du kWh

    infrieurs au prix de vente unitaire pratique sur le march mondial. Par ailleurs, ltude a

    fait ressortir que pour un capital dinvestissement allant de 1696 /kWh, le

    remboursement du projet est ralisable au bout de 25 annes dexploitation et avec un prix

    de revient unitaire de 0.114 /kWh, soit lquivalent de 12 dinars algriens. Ceci dit que

    les champs solaires SD sont une alternative relle et une opportunit porte de main

    quil faut saisir.

    Abstract - This work is dedicated to the technical and economic study of a possible

    implementation of Stirling Dish (SD) solar field for the production of electricity at the

    locality of Tissemsilt. In a first step, an analysis of the solar potential of the locality in

    question was performed. This had led to deduce using the sunshine data and the average

    value of the solar radiation incident on the city estimated at 1944 kWh/m2, that Tissemsilt

    is favorable for the implementation of an SD field. The evaluation of the economic

    viability of the field, made later had allowed to deduce that the implementation of a solar

    SD field at the locality of Tissemsilt is possible and economically viable and profitable

    with electricity sale prices per kWh lower than those practiced on the world market.

    Furthermore, the study shows that for the capital investment cost from 1696 /kWh, the

    project is feasible and refundable after 25 years of operation and electricity generation

    cost equal to 0.114 /kWh which is the equivalent of 12 Algerian Dinars. Thus, SD solar

    fields are a real alternative and an opportunity near at hand that must be seized.

    Mots cls: Moteur stirling - Concentrateur solaire - Etude technico-conomique

    Potentiel solaire - Cot dinvestissement - Puissance thermique solaire.

    1. INTRODUCTION

    Pour un pays comme lAlgrie riche, pas pour longtemps en ptrole et en gaz,

    conscient de limminence du jour aprs-ptrole et, tout la fois, trs attach son

    indpendance nergtique la prparation dune re aprs-ptrole prospre se joue

    maintenant. Cette aubaine ptrolire, deux revers, doit tre un atout pour la promotion

    de lagriculture, de lconomie, de lindustrie et de toutes les technologies

    renouvelables, entre autres, lui permettant de faire face aux futurs dfis nergtiques.

    * djallel.zebbar@gmail.com

  • D. Zebbar et al.

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    Ces derniers peuvent tre rsums en la fourniture dune nergie propre en quantit

    suffisante et un bon prix.

    Par ailleurs, la filire des nergies renouvelables ne peut tre associe seulement

    celle du photovoltaque comme cest souvent le cas en Algrie. Par contre, elles existent

    bien dautres filires avec des rendements nergtiques beaucoup plus suprieurs ceux

    atteints par les systmes photovoltaques. Il sagit plus prcisment de la filire

    thermique. Cette dernire sous entend, si on part du domaine dapplication, des

    systmes de chauffage solaire pour la prparation de leau chaude sanitaire et le

    chauffage dappoint, au moyen de capteurs et dinstallations solaires, les systmes de

    production de puissance thermo-solaires et enfin les systmes solaires de production de

    froid. Une autre classification existe, il sagit du solaire thermique de basse et de haute

    temprature.

    Les systmes de la deuxime catgorie comprennent des centrales solaires pouvant

    tre divises selon les technologies utilises en centrales solaires concentrateurs

    paraboliques (Point focusing parabolic-dish plants), tour (Point-focusing central

    receiver plants ('solar tower')) et capteurs cylindro-paraboliques (Line-focusing

    parabolic-trough plants). La premire station hybride solaires-gaz de production

    dlectricit est construite Hassi Rmel par la socit espagnole Abener actionnaire

    majoritaire. Elle fournit au rseau national une puissance de 150 MW dont 25 MW

    solaires partir de capteurs cylindro-paraboliques. Cette dernire, daprs les ingnieurs

    sur place, peut atteindre les 33 MW par temps clair.

    Un nombre important de travaux de recherche est ddi ltude et lexamen des

    diffrentes technologies de centrales solaires thermiques de production de puissance [1-

    8]. Plus encore, une grande partie de ces tudes est consacre ltat de lart de la filire

    solaire thermique pour la production de puissance.

    Helmut et al. [1] avait discut ltat de lart du dveloppement technologique et

    conomique de la filire thermique solaire pour la production de puissance (parabolic

    trough, central receiver and dish systems). Il est arriv en conclure que limplantation

    de systmes solaires thermiques au voisinage des centrales conventionnelles de

    production de puissance est dune grande importance pour le dveloppement de la

    filire solaire. Plus encore, et dans le mme contexte, les travaux [9-13] prconisent

    dans lhybridation des installations nergtiques conventionnelles existantes, une autre

    voie bien tablie pour la rduction de la pollution et la compensation du prix croissant

    du fuel.

    Tomislav et al. [2] ont effectu une description dtaille des technologies utilises

    dans les diverses centrales thermiques solaires pour la production de puissance

    (cylindro-paraboliques, tour, avec capteurs paraboliques et centrales base de

    rflecteurs de type Fresnel) de leurs principes de fonctionnement. Plus encore, une

    estimation du de leur utilisation potentielle en Serbie a t effectue avec les

    recommandations y affrentes.

    Behar et al. [3] avaient russi faire le tour des tudes les plus importantes sur les

    centrales thermiques de concentration utilises pour la conversion dnergie.

    Ferreiro Garcia [4] a effectu une valuation des rendements thermiques pouvant

    tre atteints par les diffrents cycles thermodynamiques (Rankin, Brayton, Brayton avec

    rgnration, ..) pour les diffrents schmas de centrales solaires thermiques implants

    sur la lune et utilisant les diffrents fluides de travail pouvant tre produits dans les

    conditions de la lune comme Ar, He et H2. Dans le mme contexte, une autre tude [14]

    comparative entre le cycle de Kalina et celui de l'ORC avait fait rvler que le premier

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    pourra savrer plus performant pour des tempratures basses de la source et avec une

    composition dtermine de lammoniac dans le fluide de travail.

    Vlez et al. [15] donnent un aperu dtaill sur les aspects technique et conomique

    ainsi que sur l'volution du march turbine fonctionnant suivant le cycle organique de

    Rankine utilis bien videment pour la conversion des puits de chaleur de bas potentiel

    et plus eux particulirement ceux issus du solaire thermique.

    Avila-Marin et al. [5] avaient prsent dans leur travail une analyse dtaille des

    centrales tour solaires de moyenne et de grande puissance (290 500 MWh), des

    puissances et des technologies utilises dans les diffrents endroits, limpact des moyen

    de stockage sur la puissance produite et enfin la conduite dune tude technico

    conomique. Cette dernire a fait rvler quau jour actuel ces systmes ne sont pas

    comptitifs avec les centrales conventionnelles. Par ailleurs, ces auteurs soulignent

    quils le seront pour les pays dites ensoleills, comme lEspagne dans un futur proche

    grce aux avances technologiques et progrs apports au processus de fabrication des

    diffrents composants.

    Wagner et al. [16] avaient dmontr dans une tude limportance des systmes de

    stockage. Lutilisation des systmes de stockage thermique fait crotre le cot total du

    capital dinvestissement et fait diminuer les cots dus lexploitation et la

    maintenance. Nanmoins, selon les mmes auteurs, lintroduction des moyens de

    stockage dans les centrales thermo-solaires permet de faire crotre leurs capacits

    annuelles de production de 30 % jusqu 55%. Cette dernire valeur est rapporte pour

    les systmes pouvant garantir plus de 12 h de stockage.

    Aste et al. [17] proposent un outil graphique simple pour loptimisation des

    dimensions et des performances dun systme solaire hybride partir des informations

    sur les prix de revient unitaires et les