Le jury du Prix de l'Article Scientifique du Trimestre de l'École Technique Supérieure d'Ingénieurs (ETSI), reconnaissant la grande qualité de toutes les publications soumises et après mûre réflexion et en tenant compte de critères bibliométriques variés, a décidé à l'unanimité d'attribuer le Prix de l'Article Scientifique du Trimestre de l'ETSI (octobre-décembre 2021) à l'article suivant : « Évaluation technico-économique et opérationnelle des centrales solaires thermodynamiques à double système de soutien », paru dans la revue Applied Energy, vol. 302, novembre 2021, et signé par Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro et Alberto Gómez Barea. DOI : 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Bien que les centrales solaires thermodynamiques à concentration (CSP) soient des technologies disponibles sur le marché, leur déploiement à grande échelle a été limité ces dernières années en raison de coûts d'investissement élevés et d'une plus grande complexité par rapport à d'autres technologies. Cependant, le rôle que ces systèmes peuvent jouer en tant que fournisseurs d'électricité renouvelable pilotables pourrait s'avérer crucial pour la décarbonation des futurs réseaux électriques. Les services auxiliaires que ces centrales peuvent fournir au réseau électrique devraient encourager une plus grande participation des technologies renouvelables intermittentes et moins coûteuses, telles que le photovoltaïque et l'éolien.

Grâce à leur capacité à utiliser des systèmes de stockage d'énergie thermique (SET), les centrales solaires thermodynamiques (CSP) peuvent produire de l'électricité après le coucher du soleil, évitant ainsi le fonctionnement des centrales à gaz à cycle combiné pendant quelques heures. Cependant, pour fonctionner comme centrales de base, les centrales CSP nécessitent des systèmes d'appoint, en plus des SET, qui doivent être gérés tout en préservant leur caractère renouvelable. À cet égard, l'hybridation des centrales CSP avec des systèmes de conversion de biomasse apparaît comme une alternative intéressante pour améliorer les performances des centrales CSP et atténuer les risques liés à la consommation de grandes quantités de biomasse dans les centrales de bioénergie.

Notre étude présente une analyse détaillée des avantages de l'intégration d'un système de secours double entièrement renouvelable (basé sur la biomasse et le stockage d'énergie thermique) dans les centrales solaires thermodynamiques (CSP). Le potentiel solaire de Séville et deux centrales de 50 MW, utilisant respectivement les technologies des capteurs cylindro-paraboliques et des tours solaires, ont servi d'études de cas. Ces deux centrales intègrent une chaudière à biomasse et fonctionnent en mode hybride, en parallèle avec le bloc de production d'énergie. De plus, sept stratégies de fonctionnement pour la chaudière à biomasse ont été proposées et modélisées, associées à cinq niveaux de capacité pour le système de stockage thermique (de 0 à 20 heures). Enfin, la méthode AHP (Analytic Hierarchy Process) a été utilisée comme outil d'aide à la décision multicritères afin d'évaluer comparativement les performances techniques, économiques et opérationnelles de tous les scénarios proposés.

Les résultats montrent que l'intégration d'une biomasse de secours améliore le fonctionnement du système en tant que centrale de base, augmentant le facteur de capacité (FC) jusqu'à 71 %, le rendement électrique net jusqu'à 10 % et réduisant les coûts de production jusqu'à 56 %, par rapport aux centrales CSP autonomes. Pour la ressource solaire considérée (Séville), des coûts de production raisonnables (0,153 USD/kWh) peuvent être atteints grâce à une compensation équilibrée entre la biomasse et le stockage thermique, tout en garantissant un approvisionnement énergétique stable (FC ≥ 80 %) et en réduisant la flexibilité requise de la chaudière. L'intégration de capacités importantes de stockage thermique divise par deux la demande annuelle de biomasse et accentue la complémentarité saisonnière entre les ressources solaires et la biomasse. Enfin, les centrales CSP dotées d'un système de secours double représentent une option prometteuse pour les sites où les ressources solaires et la biomasse sont disponibles en quantité modérée.

Ce prix est financé par une subvention pour les activités de diffusion scientifique du VIIe Plan de recherche et de transfert de l'Université de Séville.