EN
Comment les systèmes solaires thermiques Demax fournissent-ils de la chaleur pour procédés industriels ?
Adaptation de la production solaire thermique aux plages de température industrielles critiques (80–400 °C)
McKinsey explique que la demande la plus élevée en matière de chauffage industriel (plus de 50 %) concerne des besoins thermiques inférieurs à 400 degrés Celsius. Demax concentre donc sa technologie sur la fourchette des 400 °C, qui correspond à la plage de températures utilisée par la majorité des procédés industriels aux États-Unis. Cette souplesse s’étend à divers secteurs industriels, allant des usines de transformation alimentaire, dont les besoins thermiques varient de 100 à 250 degrés, aux fabricants chimiques, qui fonctionnent généralement entre 300 et 400 degrés. Leur conception modulaire permet d’éviter tout gaspillage d’énergie, car elle répond précisément aux exigences de chaque procédé spécifique. En outre, ils offrent un chauffage entièrement propre pour la stérilisation des équipements, le séchage des produits et le fonctionnement des procédés de distillation.
Technologie centrale : intégration de collecteurs paraboliques et de tubes sous vide dans des champs solaires thermiques modulaires.
Le système Demax intègre deux types de technologies solaires. Premièrement, des collecteurs paraboliques qui concentrent les rayons directs du soleil sur des tubes récepteurs thermiques produisant des températures comprises entre 150 et 400 degrés Celsius, fonctionnant au mieux sous un ensoleillement direct. Ensuite, le système utilise des tubes évacués scellés sous vide, excellents pour capter la chaleur, même lorsque la lumière est diffuse, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications à basse température. Lorsqu’ils sont mis en œuvre sous forme d’architectures hybrides, les recherches montrent que le rendement augmente jusqu’à 24 % par rapport aux systèmes utilisant une seule technologie. Chaque module couvre environ 500 mètres carrés et produit environ 0,5 mégawatt d’énergie thermique. Cette conception modulaire permet aux entreprises de déployer les unités progressivement, à mesure que leurs besoins de production augmentent ou que leurs installations sont modernisées.
Pourquoi la concentration solaire à faible concentration convient-elle mieux aux usages industriels de la chaleur solaire
Avantages par rapport à la concentration solaire à forte concentration : fonctionnement plus efficace < 250 °C, coûts d’exploitation et de maintenance plus faibles, performances supérieures en conditions de charge partielle
Lorsqu’il s’agit de températures de fonctionnement d’environ 250 °C, les centrales solaires à concentration faible sont supérieures aux centrales solaires à concentration élevée, car elles permettent d’obtenir une efficacité thermique améliorée dans les applications à vapeur, notamment dans le traitement des aliments et la teinture textile, de l’ordre de 15 à 25 %. Cette supériorité s’explique par le fait que les centrales solaires à concentration faible utilisent des systèmes optiques et de suivi moins complexes, ce qui réduit également la complexité opérationnelle quotidienne. En conséquence, les coûts d’entretien opérationnel diminuent de 30 %, les temps d’arrêt liés à la maintenance sont sensiblement réduits et la production d’énergie thermique reste constante, malgré les variations des conditions d’irradiation solaire tout au long de la journée. Une étude sur la stabilité des thermafluides menée en 2023 a démontré que les usines peuvent fonctionner thermiquement à plein régime pendant la journée et rester également thermiquement flexibles les jours nuageux.
La philosophie de conception de Demax met l'accent sur la fiabilité, l'intégration thermique, l'évolutivité modulaire et la méthode de transfert thermique direct qui minimise les pertes lors de la conversion électrique.
L'équipe d'ingénierie de Demax se concentre sur trois domaines spécifiques dans ses conceptions. Premièrement, les méthodes de livraison exclusivement thermiques. Ils ont constaté qu'environ 97 % de l'énergie solaire captée est utilisée pour la capture thermique directe, ce qui est remarquable comparé à d'autres méthodes. Deuxièmement, la conception modulaire de leurs champs solaires thermiques permet une extension facile du système, éliminant ainsi la nécessité de modifications importantes de la conception du système. Les installations à petite échelle commencent à 500 kWth, mais peuvent être étendues à plusieurs mégawatts. En outre, les composants du système peuvent fonctionner en continu jour après jour. Des essais grandeur nature ont démontré que leurs composants subissent une dégradation inférieure à 1 % par an, même dans des conditions de fonctionnement extrêmes. Cette combinaison de choix de conception permet aux fabricants d'obtenir les aspects les plus importants de leurs systèmes : une production d'énergie thermique constante et fiable, sans les complications inhérentes aux systèmes conventionnels.
Intégration des systèmes solaires thermiques dans les procédés industriels
Exemple : système solaire thermique de 1,8 MWth produisant de la vapeur à 125 °C pour la transformation alimentaire en Espagne (2023)
En 2023, une usine de transformation alimentaire en Espagne, équipée d’un système solaire thermique Demax de 1,8 MWth, a été la première du genre dans le pays à pouvoir produire de la vapeur à 125 °C, nécessaire à la stérilisation et au nettoyage des circuits de vapeur. Ce système est intégré à l’un des systèmes de chaudières existants de l’entreprise et comporte un vaste champ de tubes sous vide solaires couvrant 2 300 m², permettant ainsi une réduction de la consommation de gaz naturel d’environ 28 %. Cette configuration entraîne une réduction annuelle d’environ 420 tonnes métriques d’émissions de CO₂. En outre, grâce à l’irradiation solaire élevée en Espagne et aux prix compétitifs de l’énergie industrielle, il était financièrement viable pour l’entreprise d’exploiter le système à pleine capacité, l’installation se rentabilisant économiquement en moins de cinq ans. Cela constitue un avantage particulier pour les entreprises dont la majeure partie des besoins énergétiques thermiques survient pendant la journée et coïncide avec la disponibilité de l’énergie solaire thermique.
Surmonter l'intermittence : stockage thermique à base de matériaux à changement de phase (MCP) permettant une fourniture de chaleur pilotable de 6 à 10 heures
Le stockage thermique à base de matériaux à changement de phase (MCP) contribue à résoudre le problème d’intermittence de l’énergie solaire dans le secteur industriel. À titre d’exemple, une usine espagnole utilise des microcapsules de MCP à base d’hydrates de sel. Ces MCP absorbent l’excès de chaleur à environ 118 degrés Celsius et restituent la chaleur stockée sous forme de vapeur à un moment ultérieur, permettant ainsi à l’usine de fonctionner la nuit sans recourir aux combustibles fossiles comme source de secours. Cette usine a également atteint un taux d’utilisation annuel de l’énergie solaire d’environ 92 %, nettement supérieur au taux habituel de 60 à 70 % observé dans d’autres installations utilisant la chaleur solaire sans système de stockage. La technologie des MCP s’est révélée véritablement révolutionnaire pour les fabricants des secteurs agroalimentaire, pharmaceutique et chimique, où une fourniture constante de chaleur est cruciale pour les opérations.
FAQ
Dans quelle plage de températures les systèmes solaires thermiques Demax sont-ils conçus pour fonctionner ?
Les systèmes solaires thermiques Demax sont conçus pour répondre aux besoins industriels de chauffage jusqu’à 400 degrés Celsius.
Pourquoi les systèmes CSP à faible concentration sont-ils privilégiés pour les applications industrielles inférieures à 250 °C ?
Au-dessus de 250 degrés Celsius, les coûts d’exploitation et de maintenance, ainsi que les éventuelles fluctuations de la puissance thermique produite, constituent des problèmes. En dessous de 250 degrés Celsius, les systèmes CSP à faible concentration sont moins coûteux à exploiter et à entretenir, et ils répondent plus efficacement aux besoins constants de puissance thermique, car les baisses et les fluctuations de la chaleur fournie par le rayonnement solaire ne posent pas de problème.
Quelles sont les technologies fondamentales des systèmes solaires thermiques Demax ?
Demax dispose de champs solaires thermiques modulaires combinant des collecteurs paraboliques et des tubes sous vide. Cette intégration technologique permet un gain d’efficacité de 24 % par rapport aux systèmes fonctionnant avec une seule technologie.
Comment le système Demax s’intègre-t-il aux procédés industriels existants ?
Avec le système Demax, les procédés industriels existants restent inchangés, car seuls les systèmes de chaudières sont modifiés. Cette modification permet aux procédés d’utiliser moins de gaz naturel et d’émettre moins de dioxyde de carbone.