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Tour solaire (cheminée)

Une tour solaire, appelée centrale solaire aérothermique ou cheminée solaire (à ne pas confondre avec les centrales solaires thermodynamiques ni avec les tours solaires thermiques), est une centrale de production électrique qui utilise des courants d'air chauffés par le soleil pour générer de l'énergie cinétique, transformée en énergie électrique grâce à des turbines. L'invention est brevetée en 1897 par un ingénieur anglais, Alfred Rosling Bennett, et un prototype est conçu par un inventeur espagnol, Isidoro Cabanyes, en 1903[1] - [2]. La première centrale opérationnelle est construite en 1982 à Manzanares (Espagne) et fonctionne jusqu'en 1989.

Schéma de fonctionnement d'une centrale solaire aérothermique
Schéma de fonctionnement d'une centrale solaire aérothermique

Principe

Éclairé par la lumière du soleil, l'air ambiant est chauffé dans un vaste collecteur situé au niveau d'une plaine, et conduit par une cheminée qui débouche en altitude, permettant ainsi de tirer profit de la différence de température et de l'énergie potentielle de convection disponible. À la base de la cheminée se trouvent des turbines entraînant des générateurs électriques permettant de produire de l'électricité.

Historique
  • En 1897, un brevet de « moteur Ă  air » est dĂ©posĂ© par un ingĂ©nieur anglais, Alfred Rosling Bennett (en)[3]. Il dĂ©pose un second brevet sur le sujet en 1911[4]. Un prototype, construit en 1919 par la sociĂ©tĂ© Albert H. Holmes & Son, Londres, est exposĂ© au MusĂ©e de la science de Londres.
  • En 1903, un brevet de « moteur aĂ©ro-solaire » est dĂ©posĂ© par le colonel espagnol Isidoro Cabanyes (es)[5] - [1] - [2].
  • En 1982, un prototype est construit en Espagne par l'ingĂ©nieur allemand Jörg Schlaich. PrĂ©vu pour durer trois ans, il fonctionne jusqu'en 1989[6].

RĂ©alisation

La centrale de Manzanares (1982-1989)
Photo de la cheminée de l'ancienne tour solaire de Manzanares
Centrale solaire aérothermique de Manzanares, dont la cheminée culmine à 195 mètres d'altitude

La première tour solaire opĂ©rationnelle est celle de Manzanares (ville espagnole Ă  150 kilomètres de Madrid). Une centrale expĂ©rimentale est construite en 1982 sous la direction de l'ingĂ©nieur allemand Jörg Schlaich par le cabinet allemand Schlaich Bergermann & Partners grâce Ă  un financement du Ministère allemand de la recherche et de la technologie. Elle est composĂ©e d'une cheminĂ©e cylindrique de 195 mètres de haut et de 10 m de diamètre, au centre d'un collecteur solaire circulaire de 244 m de diamètre avec 6 000 m2 de vitrages Ă  2 m au-dessus du sol, permettant de chauffer l'air. La puissance prĂ©vue est de 50 kW. Conçue comme une structure pilote qui ne devait durer que trois ans, elle fonctionne jusqu'en 1989, jusqu'Ă  ce qu'une tempĂŞte brise la cheminĂ©e mal haubanĂ©e[6]. Ă€ l'Ă©poque, le coĂ»t du kilowatt-heure de la centrale est cinq fois supĂ©rieur aux centrales thermiques classiques.

La centrale de Jinshawan (2010)

Construite en Mongolie, près de Jinshawan, une centrale de 200 kW est entrĂ©e en opĂ©ration en dĂ©cembre 2010[7]. RĂ©sultat d'une coopĂ©ration entre l'UniversitĂ© de science et technologie de la Mongolie intĂ©rieure (IMUST) et l'UniversitĂ© technologique de Madrid, la centrale coute 208 millions de dollars. Cependant, selon Patrick Cottam et Rudolf Bergermann qui ont visitĂ© le site, la centrale n'est jamais opĂ©rationnelle Ă  cause d'erreurs de fabrication[6].

Projets

De nombreux projets ont vu le jour, sans succès :

  • conduit Ă  flanc de montagne (1926), proposĂ© par Bernard Dubos Ă  l'AcadĂ©mie des sciences[8] - [9] - [10]
  • tour solaire souple autoporteuse (2008), dĂ©veloppĂ©e en 2013 par l'entreprise Lindstrand Technologies Ltd et Patrick Cottam[11] - [12] - [13]
  • tour Ă  vortex (2009), dĂ©veloppĂ©e par Neven Ninic et Sandro Nizetic[14] - [15] - [16]
  • tour solaire appelĂ© Projet de Buronga (2010), dĂ©veloppĂ© par la sociĂ©tĂ© Enviromission en Australie

Homonymies

Notes et références
  1. (es) Isidoro Cabanyes, « Proyecto de motor solar », La Energía Eléctrica,‎
  2. (en) E. Lorenzo, « DE LOS ARCHIVOS HISTÓRICOS DE LA ENERGÍA SOLAR. Las chimeneas solares: De una propuesta española en 1903 a la Central de Manzanares » [archive], sur fotovoltaica.com,
  3. (en) Alfred Rosling Bennett, An Improved Differential Temperature Air Motor, adapted for Scientific Applications, for Philosophical Toys, and for Advertising and other Purposes, (lire en ligne)
  4. (en) Alfred Rosling Bennett, Improvements in Motors Actuated by the Heat of the Sun or by the Radiant Heat of Daylight, (lire en ligne)
  5. (en) Isidoro Cabanyes, Aero-solar engine, (lire en ligne)
  6. (en) Thomas K. Grose, « Solar Chimneys Can Convert Hot Air to Energy, But Is Funding a Mirage? » [archive], sur National Geographic,
  7. (en) Deng Shasha, « China's first solar chimney plant starts operating in desert » [archive], sur Xinhua - GOV.cn,
  8. (en) Radu D. Rugescu, Solar Energy, (ISBN 978-953-307-052-0, lire en ligne)
  9. (en) Willy Ley, Engineer’s Dream, Viking Press,
  10. « Adosser les tours solaires au flanc des montagnes », Le Monde.fr,‎ (lire en ligne, consulté le )
  11. (en-GB) « Per Lindstrand plans inflatable 1km solar chimney », BBC News,‎ (lire en ligne, consulté le )
  12. (en) « Novel Fabric Construction Methods for Solar Thermal Chimney Power Plants », sur UCL.ac.UK
  13. (en) « Per Lindstrand plans inflatable 1km solar chimney », sur BBC.com
  14. Sandro Nizetic, « Technical utilisation of convective vortices for carbon-free electricity production: A review », Energy, vol. 36, no 2,‎ , p. 1236-1242 (DOI 10.1016/j.energy.2010.11.021, lire en ligne)
  15. « Espacenet - Original document », sur worldwide.espacenet.com (consulté le )
  16. (en) Neven Ninic et Sandro Nizetic, Solar Power Plant with Short Diffuser, (lire en ligne)

Annexes

Publication scientifique
  • (en) Michaud L. M., « Vortex process for capturing mechanical energy during upward heat-convection in the atmosphere », Applied Energy, vol. 62, no 4,‎ , p. 241–251 (DOI 10.1016/S0306-2619(99)00013-6, lire en ligne [PDF])
  • (en) Michele G. Melaragno, Preliminary Design of Bridges for Architects and Engineers, New York, Marcel Dekker Inc., (ISBN 0-8247-0184-4, lire en ligne), p. 38-41
  • (en) Schlaich, Jörg, Rudolf Bergermann, Wolfgang Schiel et Gerhard Weinrebe, « Design of Commercial Solar Updraft Tower Systems – Utilization of Solar Induced Convective Flows for Power Generation », Journal of Solar Energy Engineering, vol. 127, no 1,‎ , p. 117-124 (DOI 10.1115/1.1823493, lire en ligne)
  • (en) Schlaich, Jörg, The Solar Chimney: Electricity from the Sun, Axel Menges, (ISBN 3-930698-69-2)

Articles connexes

Liens externes
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