tour solaire
wikipedia:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tour_solaire
Une tour solaire est une centrale à énergie renouvelable, construite de manière à canaliser l'air chauffé par le soleil afin d'actionner des turbines pour produire de l'électricité. Le concept a été inventé par l'ingénieur allemand Jörg Schlaich.
principe:
Schéma de principe
La tour n'est en fait qu'une cheminée. L'air, sous une serre gigantesque, le « collecteur », placée tout autour de la cheminée centrale, est chauffé par le Soleil et dirigé vers le haut par convection, le déplacement de l'air permettant à des turbines situées à l'embouchure de la cheminée de produire de l'électricité. Son fonctionnement se base sur un principe simple : l'air chaud étant plus léger que l'air froid, il s'élève.
Les avantages principaux de cette technologie sont : le peu d'entretien nécessaire, une mécanique simple, et la gratuité des rayons du soleil. De plus, comme le sol sous le collecteur, truffé de conduites d'eau, emmagasine de la chaleur le jour pour la redonner la nuit, le système est opérationnel quasiment 24 heures sur 24. La seule difficulté est l'investissement de départ.
Une variante qui consiste à coucher la tour à flanc de montagne est également à l'étude. Le principe reste le même : un vaste collecteur situé au niveau d'une plaine, et un conduit qui débouche en altitude, permettant de tirer profit de la différence de température. Puisqu'il ne s'agit pas d'une cheminée dressée au milieu du collecteur, mais d'un conduit couché à flanc de montagne, son installation et son éventuel démontage peuvent être envisagés plus facilement. Le projet pourrait par exemple s'appliquer à des zones montagneuses comme l'île de la Réunion.
Historique
De nombreux chercheurs dans le monde ont présenté différents projets de tour solaire.
Le premier est incontestablement un militaire espagnol, le Colonel Isidoro Cabanyes, qui en 1903 proposa un modèle de tour solaire dans la revue La Energía eléctrica[1].
On peut également citer le physicien français Bernard DUBOS qui proposa en 1926 d'exploiter un vent vertical produit par un gros tube installé sur le flanc d'une montagne.
L'une des premières représentation d'une tour solaire a été rédigée en 1931 par un auteur Allemand: Hanns Günther.
Entre 1940 et 1960, le français Edgard Nazare, après avoir observé plusieurs tourbillons de sable (dust devil) dans le sud saharien, et en avoir mesuré les caractéristiques grâce à son déclinomètre-alidade de poche, imagina un dipositif totalement révolutionnaire: la tour à dépression, aujourd'hui appelée tour à vortex. C'est en 1956 qu'il déposa son premier brevet à Alger. Ce brevet fut redéposé à Paris le 3 août 1964 sous le numéro 1.439.849 (P.V. 983.953). Il s'agissait de générer artificiellement une ascendance atmosphérique tourbillonnaire dans une sorte de tour en forme de tuyère de Laval et d'en récupérer une partie de l'énergie au moyen de turbines.
En 1975 l'ingénieur canadien Louis M. Michaud publia son projet Vortex Power Station dans le bulletin de la Société américaine de météorologie. Il s'agissait également de générer une ascendance atmosphérique tourbillonnaire, mais dans une tour cylindrique.
Mais ce n'est qu'en 1981 qu'un premier prototype de cheminée solaire fut effectivement construite à Manzanares (ville espagnole à 150 kilomètres de Madrid) sous la direction de l'ingénieur allemand Jörg Schlaich, et grâce aux fonds du Ministère allemand de la recherche et de la technologie. Il ne s'agissait pas d'une tour à vortex mais d'une simple cheminée solaire, 5 fois moins puissante (à hauteur égale). Cette cheminée mesurait 194 mètres pour une puissance de 50kW et a fonctionné jusqu'en 1989. Elle fut arrêtée en raison d'un coût du kilowatt-heure, cinq fois plus élevé qu'une centrale thermique classique.
Enfin, c'est le 8 octobre 1985 que le russe George Mamulashvili déposa son brevet N° 1.319.654 pour un projet comparable à la tour à vortex appelé Vertical Aeorothermal Power Station.
En termes plus précis, les anglo-saxons désignent la technologie de la cheminée solaire par: "Single Flow Upwind System" et la technologie de la tour à vortex par: "rotational flow wirling system".
Les projets
Le projet australien
Un projet de tour solaire, appelé Projet de Buronga, prévue pour 2010, est actuellement développé en Australie par la société Enviromission. La cheminée aurait 990 mètres de hauteur, 70 mètres de diamètre. La centrale fournirait 200 mégawatts de puissance électrique. Il s'agit d'un des projets les plus ambitieux de la planète pour la production d'énergie alternative : une usine à énergie renouvelable qui fournit 4 fois moins de puissance qu'un petit réacteur nucléaire (200 MW contre 915 MW pour un réacteur à eau pressurisée) tout en étant plus sûre et plus propre.
Le coût d'investissement est d'environ 400 millions d'euros.
Pour contrer l'effet d'ovalisation de la tour (qui la replierait sur elle-même aussi facilement qu'un cylindre de papier mouillé posé sur une table, vu son incroyable légereté), la société d'ingénierie SBP, responsable du projet, a eu l'idée de placer dans la tour à intervalles réguliers des structures de maintien ressemblant aux rayons d'une roue de bicyclette. Elles ne diminuent que de 2% la vitesse de l'air.
La tour solaire fournirait un kilowatt-heure près d'un tiers moins cher que ceux fournis par les panneaux solaires, mais encore cinq fois plus cher que l'électricité au charbon, qui représente 95% de la production en Australie. Des touristes pourraient visiter la tour, afin de réduire encore significativement le prix du kilowatt-heure. La culture de tomates au sein du collecteur est aussi envisagée.
Spécifications du projet
- Une cheminée de 990 m de haut (3281 pieds) matériaux composite
- Un collecteur de 7 km de diamètre, soit 38,5 km2 de verre et de plastique.
- Température de l'air chauffé dans la cheminée : 70 °C.
- Vitesse de l'air dans la cheminée : 15 m/s (54 km/h).
- 32 turbines.
- Énergie produite : 200 mégawatts, 7 fois moins qu'un réacteur nucléaire moderne (Chooz = 1500 MW par réacteur), mais assez pour fournir en électricité environ 200 000 logements.
- Ce projet peut paraître incroyable mais ses concepteurs le disent réaliste. Les études de faisabilité par le bureau d'ingénieurs allemand SBP, basée à Stuttgart, arrivent à leur terme. Cette tour solaire serait donc construite par l'entreprise EnviroMission dans le désert de Nouvelle-Galles du Sud, dans le comté de Wentsworth. Si le financement est trouvé, sa construction devrait commencer avant 2010.
- Aux dernières nouvelles, EnviroMission se lance dans le développement d'une première version plus petite et moins coûteuse (50 MW) avec une cheminée en béton précontraint haute résistance. On s'inquiète tout de même de la lenteur du projet aux vues des sommes mises en jeu et des investissements déjà réunis.
Le projet espagnol
Un autre projet de tour solaire, prévu pour arriver à échéance avant 2010, si le financement est trouvé, est actuellement développé en Espagne dans la localité de Fuente el Fresno, un village de la Province de Ciudad Real. Les travaux devraient être menés en collaboration avec les entreprises espagnoles Campo 3 et Imasa, et la compagnie allemande Schlaich Bergermann. Cette tour de 750 mètres de hauteur serait dès lors la plus haute de ce genre en Europe.
Spécifications du projet
- Une cheminée de 750 m de haut.
- Un collecteur de 3 km de diamètre, couvrant 350 hectares, dont 250 hectares pourraient être utilisés pour la culture de légumes sous serre (tomates).
- Vitesse de l'air dans la cheminée : 43 km/h.
- Puissance de l'installation : 40 mégawatts, soit la demande en électricité d'environ 120 000 personnes.
- Coût du projet : 240 millions d'euros, que les partenaires espèrent réunir en 2007.
- En complément de cette production énergétique, le projet permettrait également l'installation d'équipements de télécommunication et de surveillance contre les incendies, et devrait revêtir un aspect touristique en prévoyant un accès au public.
Autres projets 
Représentation tridimensionnelle de la tour solaire expérimentale à Jülich
Il existe actuellement deux projets de construction de tour solaire : une tour en forme de tuyère de Laval par la société française Sumatel en Savoie qui a déjà construit en 1997 une maquette de 6 m de haut et envisage de passer à 60 m ou plus, et la tour cylindrique de 500 m de haut citée ci-dessus. A hauteur égale, les puissances prévues pour ces deux projets sont très différentes et le modèle expérimental, construit par Sumatel sur le site de Bouillante aux Antilles, n'est pas à proprement parler une tour solaire, car il tire ses calories d'un gisement géothermique et non du soleil.
Pour une éventuelle tour de 500 m, Sumatel annonce plus de 1500 MW alors que le projet australo-allemand avance le chiffre de 50 MW. Cette différence de performance s'explique par la différence de hauteur du phénomène atmosphérique exploité. Le procédé français permet de générer un tourbillon atmosphérique qui peut atteindre 20 km de haut, alors que le procédé australo-allemand se contente d'exploiter l'effet de tirage d'une simple cheminée. Telle une trombe ou une tornade, la cheminée virtuelle de 20 km de haut a un tirage, donc un rendement, beaucoup plus important qu'une construction humaine, même de très grande hauteur. Dans les deux cas les lois de Carnot sont respectées. La différence de température entre les couches basses et hautes de l'atmosphère est simplement beaucoup plus importante dans le projet français. L'inventeur Nazare, et avec lui la société Sumatel, estime que c'est à partir d'une tour de 300 m minimum que l'on peut espérer générer un tourbillon de 20 km de hauteur et obtenir les puissances annoncées. Contrairement à la tour australo-allemande, la tour française n'est utilisée que pour amorcer le phénomène atmosphérique.
Homonymie
Une tour solaire est aussi un instrument scientifique pour examiner le soleil : tour solaire de Meudon.
Voir aussi
Tour énergétique Montagne solaire
Réferences ↑ Lorenzo, Las chimeneas solares : De una propuesta española en 1903 a la Central de Manzanares, De Los Archivos Históricos De La Energía Solar. http://www.fotovoltaica.com/chimenea.pdf
Liens externes
(fr) La tour solaire en Australie
(en) Site de la société Enviromission
(en) Site de la société Solarmission : avec film de présentation
(en) EnviroMission - projet de tour solaire d'une puissance de 200 MW en Australie
Commentaires sur tour solaire
Je remercie de la mention de mon travail. J'espère sur le développement de la production d'énergie propre, qui nous aidera à se délivrer des cauchemars de la guerre nucléaire.
George Mamulashvili
Financé par une entreprise locale en Mongolie intérieure avec 1,38 milliards de yuans (208 millions de dollars, 160 millions d’euros), la construction a démarré en mai 2009. Il y aura trois phases jusqu’à couvrir une superficie totale de 277 hectares et une puissance finale qui atteindra 27,5 MW, après la phase finale qui sera achevée en 2013.
http://www.tour-solaire.fr/nouvelles-infos.php
Actuellement, le prototype mis en service le 10 décembre 2010 dans le Jinshawan, ville de Wuhai en Chine du Nord dans la région autonome de la Mongolie intérieure a une puissance de 200 kW, la superficie de la serre fait 4 ha et il peut fournir 400.000 kWh d'électricité par an, épargnant ainsi l'équivalent des émissions de 100 tonnes de charbon et économisant 900 tonnes d'eau, par rapport à la production de la même quantité d'énergie au moyen d’une centrale thermique utilisant des énergies fossiles.
SOURCES
En Anglais
http://www.gov.cn/english/2010-12/28/content_1773883.htm
http://www.ccchina.gov.cn/en/NewsInfo.asp?NewsId=26743
http://www.solar-tower.org.uk/news-informations-en.php
En Chinois
http://www.takungpao.com/news/china/2010-12-28/382785.html
http://source.takungpao.com/news/10/12/28/ZM-1335069.htm
http://jzjn.sun0769.com/view.asp?id=1862
En Espagnol
http://www.torre-solar.es/noticias-informacion.php
En Français
http://www.cheminee-solaire.net/nouvelles-infos.php
Le prototype de tour solaire à courant d'air ascendant en fonctionnement en Mongolie, avec ses 200kW est 4 fois plus puissant que celui des années 1982-1989 construit par la société Allemande SBP (Schlaich - Bergermann et Partenaires) à Manzanares en Espagne.
Quand la construction de la cheminée solaire Chinoise sera achevée en 2013, sa puissance sera légèrement inférieure (-30%) à celle du projet de la Société Ingeneria Campo3 à Ciudad Real, Fuente el Fresno, en Espagne (27,5MW contre 40 MW), et environ 7 fois moins puissante que les projets de tours solaires à vent artificiel de la société Enviromission à Buronga-Mildura en Australie (200 MW), et en Arizona aux Etats Unis (2 X 200MW).
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