Une centrale solaire thermique est un dispositif de conversion indirecte de l'énergie mécanique en énergie électrique. L'énergie mécanique est obtenue à partir de l'énergie thermique provenant du Soleil, qui chauffe de l'eau contenue dans des tubes qui se transforme en vapeur et fait tourner une turbine. Celle-ci transmet de l'énergie mécanique à un alternateur qui produit alors de l'énergie électrique. On étudie ici une centrale solaire thermique délivrant une puissance électrique de 8{,}3 \text{ MW} et couvrant une surface de 140\ 000\text{ m}^2 sous un ensoleillement moyen de 180\text{ W/m}^2.
Quel schéma correspond aux conversions d'énergie ayant lieu dans une centrale solaire thermique ?
Une centrale solaire thermique est un dispositif de conversion de l'énergie mécanique indirecte en énergie électrique. L'énergie mécanique est obtenue à partir d'énergie thermique, qui provient de la chaleur du Soleil. Comme dans la plupart des conversions, une partie de l'énergie est dissipée sous forme d'énergie thermique.
Le schéma correspondant est le suivant :
Quels inconvénients présentent un centrale solaire thermique ?
Une centrale solaire thermique nécessite l'utilisation d'une grande quantité de tubes, ce qui implique l'occupation d'une grande surface. De plus, l'électricité n'est produite que le jour, lorsqu'il y a suffisamment de Soleil. Cependant, une centrale solaire thermique a l'avantage de ne pas émettre de gaz à effet de serre lors de son utilisation et d'exploiter une source d'énergie renouvelable.
Les inconvénients d'une centrale solaire thermique sont l'occupation d'une grande surface et l'intermittence de la production.
Quelle est la puissance reçue par cette centrale solaire thermique ?
On utilise la relation entre l'éclairement et la surface :
P_{\text{reçue}}=E\times S
On réalise l'application numérique :
P_{\text{reçue}}=180\times 140\ 000\\P_{\text{reçue}}=2{,}52\times 10^7\text{ W}\\P_{\text{reçue}}=25{,}2\text{ MW}
La puissance reçue par cette centrale solaire thermique est de 25{,}2\text{ MW}.
Quel est le rendement global \eta de cette centrale solaire thermique ?
Le rendement \eta d'une transformation d'énergie est liée à la puissance reçue P_{\text{reçue}} et à la puissance fournie P_{\text{utile}} par la relation :
\eta=\dfrac{P_{\text{utile}}}{P_{\text{reçue}}}
On effectue l'application numérique :
\eta=\dfrac{8{,}3}{25{,}2}=0{,}33\\\\\eta=33\text{ \%}
Son rendement global est de 33\text{ \%}.
Le rendement de la transformation ayant lieu au niveau du couple turbine/alternateur est \eta_2 = 90\text{ \%}.
Quel est le rendement \eta_1 de la transformation de l'eau en vapeur ?
Lors d'une conversion d'énergie comportant plusieurs étapes, on doit multiplier le rendement de chaque étape afin d'obtenir le rendement global. Avec les notations de l'énoncé, on a :
\eta=\eta_1 \times \eta_2
On isole \eta_1 :
\eta_1=\dfrac{\eta}{\eta_2}
D'où l'application numérique :
\eta_1=\dfrac{0{,}33}{0{,}90}=0{,}37\\\eta_1=37\text{ \%}
Le rendement \eta_1 de la transformation de l'eau en vapeur est de 37\text{ \%}.