La société SUNCNIM, filiale de l'ETI CNIM installée à la Seyne-sur-Mer dans le Var, est en train de construire la première centrale solaire à concentration Fresnel au monde dotée de quatre heures de stockage sur le plateau cerdan dans les Pyrénées-Orientales. Cette centrale solaire thermodynamique de 9 MW qui produira de l'électricité injectée au réseau a nécessité un investissement de près de 60 millions d'euros. Cette centrale devrait être un véritable tremplin à l'export pour SUNCNIM, notamment sur la partie thermique pour la génération de vapeur. Découverte d'une innovation française au cœur des Pyrénées !
En cette fin d'été, les rayons de soleil s'élèvent sur les cimes des Pyrénées-Orientales et viennent inonder le plateau cerdan. Là entre Eyne et Llo, deux villages de montagne catalans, un chantier d'envergure bat son plein sur 36 hectares des flancs de la montagne. Cent vingt à cent trente ouvriers et ingénieurs se relaient sur le chantier pour dresser des structures métalliques sur lesquelles sont déposés avec grandes précision et délicatesse des miroirs. Ils alignent des tubes récepteur de centaines de mètres de long à une dizaine de mètres de hauteur sur lesquels viendront se concentrer les rayons du soleil. Des haubans comme sur les bateaux assurent le soutien des tubes faisant résonner quelques cliquetis sous le vent. Sur le côté la turbine, les ballons de stockage et les aérocondenseurs se mettent peu à peu en place sous l'œil avisé des spécialistes. Un chantier de 24 mois avant une mise service programmée à l'été 2018 ! En contrebas et dans la perspective, il est possible d'apercevoir le four solaire d'Odeillo et ses héliostats, véritables tournesols de verre, qui abrite le CNRS qui a été d'un soutien sans faille pour les équipes de SUNCNIM. Plus loin encore, la tour de la centrale Thémis nous rappelle que nous sommes ici dans la région avec le rayonnement direct le plus élevé de France (1900 kWh/m² par an), celle qui accueille également la concentration la plus dense de technologies solaires de l'Hexagone. Un laboratoire solaire à ciel ouvert.
Une centrale zéro déchet
La centrale solaire Fresnel de SUNCNIM dénommée « eLLO » a commencé à germer dans l'esprit de ses concepteurs dès 2010. C'est à cette époque que la société CNIM experte des ensembles industriels clés en main à fort contenu technologique et spécialistes des cycles thermiques - elle a déployé 165 lignes de valorisation énergétique de déchets ménagers dans le monde - décide de participer aux appels d'offres dédiés aux centrales solaires à concentration productrice d'électricité. « Nous devions montrer que nous avions des références pour notre développement commercial. Dès 2010, nous avons ainsi réalisé un prototype de 900 m² de miroirs installé sur notre site de la Seyne-sur-Mer qui s'est avéré très performant » souligne Rémy Icard, directeur de projet. Fort de cette expérience réussie, la filiale SUNCNIM participera à l'appel d'offres CRE1 avec succès. Le chantier était sur les rails. Mais de longs rails sur fond de modification du PLU, d'enquête publique et d'études d'impact. De quoi voir défiler les années… Et pourtant, difficile de faire plus propre que cette centrale solaire toute en eau et zéro déchet. « C'est simple, nous ne sommes pas reliés au réseau d'eau usée. Tout est récupéré dans une fosse pour être réutilisé pour le nettoyage des miroirs réalisé automatiquement, ceci dit en passant, par un robot génial développé par les ingénieurs très polyvalents de SUNCNIM. Les pieux sont plantés à même la terre. L'herbe pousse et l'entretien sera assuré par un troupeau de moutons. Air pur, acier brut et eau déminéralisée sont les seuls composants qui entrent en ligne de compte » confirme Rémy Icard. Seul finalement l'impact visuel peut prêter à débat. Question subjective sur l'esthétisme des sites industriels. Et autant dire que celui-ci ne manque pas de cachet avec ces miroirs réfléchissants et ces tubes longilignes haubanés qui dessinent une perspective géométrique, à la fois verticale et horizontale assez envoûtante.
20 GWh électriques produits par an
C'est dans ces fameux tubes protégés par un récepteur qui piège la chaleur reçue, que l'eau va être chauffée par les rayons du soleil concentrés par les 95 200 miroirs (153 000 m²) fixés sur les 23 800 caissons qui constituent l'ensemble du champ solaire. « Les températures sont telles que nous avons à gérer la dilation capable de provoquer un allongement des tubes de près de trois mètres, soit environ 1% de leur taille » poursuit Rémy Icard. La vapeur saturée générée va ensuite faire tourner une turbine pour générer de l'électricité. Elle pourra également être stockée au sein de neuf accumulateurs de vapeur de 90 tonnes et 120 m³ chacun à 80 bars soit quatre heures de stockage. Une première mondiale ! « Nous avons fait tourner des modèles. Le champ solaire a été dimensionné afin de pouvoir fonctionner à pleine puissance au solstice d'hiver. L'été, seule une partie du champ solaire est focalisée pour assurer la production d'électricité. Elle permettra de produire environ 20 GWh chaque année, de quoi alimenter 6000 foyers du plateau cerdan » précise Rémy Icard. Cette centrale a été lauréate de l'appel CRE 1, il y a plus de six ans - une éternité dans le monde du solaire -, à l'heure où la parité entre photovoltaïque et CSP était d'actualité. De fait, le tarif d'achat de l'électricité produite par cette centrale encore en construction s'élève à 349 euros le MWh. Anachronique ! Depuis l'appel d'offres, de l'eau a coulé sous les ponts thermiques du CSP. Le photovoltaïque a vu ses prix divisés par plus de 5. Le CSP pèse 5GW dans le monde à l'heure actuelle contre 300 GW pour le PV. En France, le kWh PV se négocie entre six et sept centimes le kWh lors des appels d'offres grandes centrales au sol. Aujourd'hui, dans le monde du CSP, le kWh se situe aux alentours des 13 centimes avec 7 heures de stockage, et même sous la barre des 10 centimes dans les émirats arabes unis, à mettre en parallèle avec les 12 centimes du PV avec stockage lithium-ion pour 4 heures de stockage à Kaui Hawaï, avec Tesla et AES.
Fourniture de vapeur propre à l'industrie et aux pétroliers du Golfe
« Il existe donc un créneau pour le CSP sur la Sun Belt. Mais pour des installations de grande puissance, plus de 150 MW, et avec des technologies de centrales à tour et sels fondus aux capacités de stockage de longue durée de plus de sept heures. Notre installation de Llo et ses 9 MWe est un « démonstrateur » dans le monde du CSP d'aujourd'hui. Et notre capacité de stockage vapeur limitée à quatre heures n'est pas adaptée au marché de ces grosses installations de production d'électricité» reconnaît David Rouillaux, responsable Développement et Marketing de SUNCNIM. Cette centrale thermodynamique solaire, unique au monde, devrait donc le rester tant son business model et sa technologie ne sont plus compétitifs pour la génération d'électricité solaire. Attention, n'allez pas penser que cet innovant outil technologique est d'ores et déjà frappé d'obsolescence avant même sa mise en service ! « Nous misons beaucoup sur la partie thermique de la centrale autour d'un objectif de fourniture de vapeur à l'industrie pour laquelle la technologie est très compétitive. Nous avons des prospects en Europe du Sud et au Maghreb sur le sujet. Mais aussi de fourniture de vapeur aux producteurs de pétrole dans le Golfe où CNIM est bien implantée. Pour extraire le pétrole lourd plus facilement, des injections de vapeur sont en effet réalisées dans les puits. Nous explorons d'ores et déjà ces marchés à l'export. « Nous nous positionnons notamment sur des appels d'offres au Koweit ou à Oman » confie David Rouillaux. La technologie thermique développée à Llo est simple et robuste. Elle est capable d'intégrer 60 à 65% de « local content » cette part locale synonyme de valeur ajoutée par l'utilisation des ressources nationales in situ.
Une aventure industrielle qui a de beaux jours devant elle
Le « local content », SUNCNIM l'expérimente en Cerdagne dans deux ateliers sis dans des villages voisins du chantier et au sein desquels des ouvriers assurent le montage des caissons sur lesquels viennent se coller les miroirs légèrement incurvés. « Ces ateliers mobiles et compacts sont au service du chantier. L'idée est de stocker le moins possible et livrer le chantier au fil de l'eau. Nous devons tout de même sortir 23 800 caissons et faire 1800 aller-retour entre les ateliers et le chantier pendant ces 24 mois de construction » assure Rémy Icard. Toutes les machines qui permettent la fabrication des caissons ont été designées et développées par SUNCNIM. Dans un souci du détail et pour optimiser le transport avec le moins de casse possible, la remorque spécifique est également le fruit du savoir-faire maison. « Nous avons en quelque sorte industrialisé le Fresnel pour une meilleure maîtrise des coûts. Un caisson acier, léger et breveté, est assemblé puis recouvert de son miroir en sept minutes hors temps de séchage s'entend. Tout a été pensé de A à Z. La conception de cette centrale de Llo, son process de fabrication représente une formidable aventure industrielle pour SUNCNIM. Une aventure industrielle facile à dupliquer et à transposer sur des sites industriels en quête de chaleur verte, zéro émission et zéro déchet. La destinée de cette expérimentation hors normes se déclinera à l'avenir sur des champs de pétrole dans les Pays du Golfe, loin de ses fonts baptismaux pyrénéens, ce berceau du solaire mondial.
La centrale de Llo en quelques chiffres :
- Puissance de 9 MWe avec stockage de l'énergie thermique, soit la consommation en électricité de plus de 6 000 ménages
- Construite sur un site de 36 hectares
- 95 200 miroirs reposant sur 23 800 caissons, soit une surface de 153 000 m² de miroirs.
- 9 ballons de stockage de l'énergie, permettant 4 heures de stockage pleine charge.
Une diversification dans les systèmes de stockage électrique :
De par l'évolution de fond du marché du CSP électrique, SUNCNIM a diversifié début 2017 son activité vers la conception, la réalisation clés en main et la maintenance d'installations PV avec stockage batterie pour des applications off-grid, réseaux faibles et insulaires (ZNI).
SUNCNIM s'appuie notamment sur le logiciel de gestion de l'énergie (EMS) mis au point par sa société sœur Bertin Technologies pour proposer des systèmes de stockage clés en main optimisés afin d'adresser les besoins de producteurs pour l'intégration des énergies renouvelables au réseau et de gestionnaire de réseau pour la régulation de fréquence et la gestion de charge. L'EMS, qui constitue le cœur de l'offre du système de stockage permet notamment de définir des stratégies de gestion optimum de production/stockage en prenant en compte les prévisions météorologiques, les caractéristiques de batterie et de réseaux.