Centrales solaires orbitales

CosmoS a écrit:(--> fusion ?)

Yep !

Bien sûr ces centrales ne sont qu'à l'état de projet, mais il me semble tout de même intéressant d'aborder ce sujet qui fait d'ailleurs partie d'un thème encore plus général: l'exploitation de l'Espace.

Là encore je compte beaucoup sur les membres de notre forum pour ouvrir et entretenir ce sujet car mes connaissances sont très limitées dans ce domaine.

Toutefois il y a une idée qui me trotte dans la tête: en consultant le net je ne vois que des projets de centrales photovoltaïques.

Qu'en est-il de centrales utilisant des miroirs et des chaudières. Je sais bien que les problèmes majeurs que l'on rencontrerait alors sont l'absence de gravité qui va compliquer la séparation des fluides (phases vapeur et liquide) et l'évacuation de la chaleur produite vers la source froide: le fond cosmique à 3 K (-270 °C) ?
Il y a quant même peut-être des solutions : centrifugeuses pour recréer une gravité artificielle pour la séparation des phases, radiateurs thermiques de grande surface. Tout cela mériterait d'être étudié et expérimenté.

Je ne sais pas si le lien a déjà été donné, un article de la revue adAstra sur ce sujet :

http://www.nss.org/adastra/AdAstra-SBSP-2008.pdf

Effectivement le sujet était déjà lancé :oops:

Mais d'un autre côté c'est le moment de le relancer avec ce nouveau projet japonais ;)

Bon, je reviens sur cette idée de centrale solaire thermique spatiale !
Une objection majeure à ce type de centrale, c'est qu'elle ferait appel à de la mécanique donc à des pièces en mouvement et cela induirait des frottements et de l’usure. Tout cela conduirait à beaucoup de maintenance et d'entretien - et évidemment à des interventions humaines ...en attendant les super-robots bricoleurs!
On peut bien sûr rétorquer qu'il y aura aussi un entretien conséquent avec des centrales photovoltaïques : voire les problèmes de grippage sur les axes des panneaux solaires de l'ISS, mais bon restons sur notre problème.
Les pièces en mouvement seraient avant tout des pièces en rotation régulière et rapide (ce qui assure une bonne autolubrification) qui peuvent être disposées sur un axe unique dans l’ordre : chaudière/centrifugeuse/turbine /rotor de l’alternateur.
Bien sûr il faudrait installer en couple ces ensembles : un ensemble tournant en sens opposé de l’autre. N’oublions non plus que l’impesanteur –ou plutôt la microgravité- réduit fortement les contraintes au niveau des axes en rotation ! La lévitation a aussi d’autres avantages : on peut envisager des miroirs paraboliques autonomes sans aucun lien matériel avec la chaudière (ce qui n’est pas possible avec des panneaux photovoltaïques – si on veut assurer simplement le passage du courant électrique.
Tout cela ce sont des idées –en l’air…ou plutôt dans l’Espace. ;)

Steph a écrit:Je ne sais pas si le lien a déjà été donné, un article de la revue adAstra sur ce sujet :

http://www.nss.org/adastra/AdAstra-SBSP-2008.pdf

Article très intéressant et avec des citations péremptoires du passé qui font bien rire maintenant. Bien sûr ce n’est pas très charitable, mais bon…et surtout cela remonte le moral en se disant que ce qui est décrété impossible aujourd’hui ne le sera pas forcément demain !

“There is practically no chance
communications space satellites will
be used to provide better telephone,
telegraph, television, or radio
service inside the United States.”
—T. Craven, FCC Commissioner,
in 1961 (the first commercial communications
satellite went into service in 1965).

:megalol: rétrospectivement ;)

Je reviens sur les Centrales solaires thermiques à concentration.
Bien qu’il y a des chances que si une première centrale solaire spatiale voit le jour, elle soit du type photovoltaïque de technologie plus éprouvée sur la Terre, il faut quant-même à long terme envisager les centrales thermiques à concentration qui bien qu’utilisant des techniques plus anciennes comme le miroir ( Archimède s’en servait déjà) sont susceptibles de plus progresser que les cellules solaires.
C’est vrai qu’en France Thémis nous a un peu échaudés :hot: mais les installations continuent à travers le monde dans ce domaine car le fameux principe de Carnot s’y applique et à la limite - dans l'Espace - la source chaude c’est la photosphère du Soleil à 5000 K et la source froide le fond cosmique à 3K ce qui donne de la marge pour améliorer le rendement !
http://www.actu-environnement.com/ae/news/centrale_solaire_californie_esolar_8087.php4
La société eSolar a inauguré une centrale solaire à concentration dans le désert de la Vallée d’Antilope en Californie. 24.000 miroirs concentrent les rayons du soleil en haut d’une tour afin de chauffer de l’eau et actionner une turbine à vapeur. D’une puissance de 5MW, cette centrale devrait produite les besoins en électivité de près de 4.000 foyers.

Financée et construite par eSolar en moins d’un an sur un ancien site industriel, la centrale a permis la création de 300 emplois. Elle est le premier projet d’une longe série. En février, eSolar a annoncé un accord avec NRG Energy pour développer trois usines en Californie et au Mexique pour une puissance de 465 MW.

Giwa a écrit:
...
Toutefois il y a une idée qui me trotte dans la tête: en consultant le net je ne vois que des projets de centrales photovoltaïques.
...

Parce que ça fait longtemps qu'on utilise des panneaux solaires dans l'espace pour les satellites, sondes, etc., ce qui suggère qu'il s'agirait surtout d'un changement d'échelle (pas tout à fait vrai quand même, il y a toute la technologie de transmission de l'énergie à développer, entre autres problèmes).

Mais si on reconsidère le problème à la base, il y a quelques autres idées exotiques qui trainent dans la littérature : le pompage laser direct par exemple.
Concentrer la lumière solaire pour la transformer en chaleur servant à produire de l'électricité alimentant un émetteur micro-ondes ou laser parait assez compliqué et inefficace, il y a des pertes énormes à chaque étapes.
Mais si la lumière solaire est concentrée directement dans le milieu amplificateur du laser, on peut faire l'économie de toute cette chaine parce qu'il n'y a pas de conversion électrique.
Par contre, celà demande un peu plus de recherche en physique appliquée, il faut concevoir des milieux amplificateurs à spectre d'absorption assez large, adapté au spectre solaire.

Voir l'article de Landis cité plus haut à ce sujet (au début de cette page, message du 27.11).
http://www.mill-creek-systems.com/HighLift/Climbers/solar_laser_SPIE1.pdf

lambda0 a écrit:
Concentrer la lumière solaire pour la transformer en chaleur servant à produire de l'électricité alimentant un émetteur micro-ondes ou laser parait assez compliqué et inefficace, il y a des pertes énormes à chaque étapes.

Bien sûr une conversion directe de la lumière solaire incohérente en lumière cohérente d’un laser serait l’idéal, mais les recherches devront se faire d’abord sur Terre avant de s’appliquer à l’Espace.
Par contre je reviens sur la compétition entre centrales solaires à concentration thermique et centrales photovoltaïques car celle -ci ne se joue que sur la transformation de l'énergie lumineuse en énergie électrique puisque les étapes suivantes sont les mêmes.
Effectivement pour les centrales photovoltaïques le passage de la lumière à l'électricité est direct tandis que pour les centrales à concentration il y a d'abord transformation de l'énergie lumineuse en énergie thermique, puis en énergie mécanique, puis en énergie électrique avec un rendement global unitaire r qui est le produit des rendements de chaque étape: r = R_lt*R_tm* R _mé. Evidemment le B - A - BA ;) du produit de nombres compris entre 0 et 1 nous enseigne que le produit est plus proche de 0 que chacun des facteurs du produit. N'empêche que l'on construit encore sur Terre des centrales solaires thermiques et qu'elles reprennent du poil de la bête contre les centrales photovoltaïques. Pourquoi? Grâce à un facteur d'échelle.
Pour les centrales miniatures, elles n'ont aucune chance, mais quand on passe aux grandes tailles on arrive à améliorer les rendements de chacune de ces étapes et en particulier celui du passage thermique /mécanique.
Or dans l'Espace on pourrait peut-être faire encore mieux en particulier pour le passage énergie lumineuse/ énergie thermique car les pertes par convection sont supprimées dans le vide.

Sur Terre, on n'a pas de limites de masse, en général, et on dispose de sources froides efficaces.
Dans l'espace, la chaleur doit être évacuée en radiatif.
Mais le pire est que l'optimisation du rendement thermodynamique est antagoniste avec l'optimisation de la masse des radiateurs : l'émissivité variant comme T^4, on aurait intérêt à rejeter la chaleur à haute température pour minimiser la masse des radiateurs, alors que l'optimisation du rendement implique de rejeter à basse température.
Dans l'espace, j'ai du mal à imaginer que tout celà puisse mener à des systèmes moins massifs que des centrales PV.

A+

lambda0 a écrit:Sur Terre, on n'a pas de limites de masse, en général, et on dispose de sources froides efficaces.
Dans l'espace, la chaleur doit être évacuée en radiatif.
Mais le pire est que l'optimisation du rendement thermodynamique est antagoniste avec l'optimisation de la masse des radiateurs : l'émissivité variant comme T^4, on aurait intérêt à rejeter la chaleur à haute température pour minimiser la masse des radiateurs, alors que l'optimisation du rendement implique de rejeter à basse température.
Dans l'espace, j'ai du mal à imaginer que tout celà puisse mener à des systèmes moins massifs que des centrales PV.

A+

Effectivement si côté source chaude on doit pouvoir faire mieux assez facilement dans l'Espace que sur Terre, c'est côté source froide que le problème se pose puisque la chaleur ne peut être éliminée qu'en radiatif. Toutefois avec des films métalliques conducteurs de la chaleur très minces de grande surface dissipative et des pare-soleils - qui peuvent d'ailleurs être les miroirs côté face non réfléchissante -, on doit pouvoir évacuer cette chaleur. Les nuits sans nuage produisent bien pas mal de rosée l'été - ou de givre l'hiver sur notre Terre - sur les pare-brises orientés vers le ciel nocturne !
Mais dans un premier temps - comme je l'ai déjà dit - il y a de fortes chances que la première centrale solaire spatiale soit du type photovoltaïque ...mais il est toujours bon de remettre toujours tout en question
;)

http://www.neufplanetes.org/systeme_solaire/mercury.html

Les variations de température sur Mercure, allant de -180 °C à 430 °C, sont les plus extrêmes du système solaire.

Un peu de Science – Fiction :
Pour un futur lointain, je verrai bien la planète Mercure transformée en une gigantesque centrale solaire et faisant commerce - ;) les Romains y avaient déjà pensé - de son énergie au moyen de rayons Laser avec le reste de la Confédération Solarienne.
Un grain de folie de temps à autre – ou de rêve ! :)
Bon, d’accord c’est du HS puisque nous traitons des centrales solaires orbitales …quoique Mercure est en orbite autour du Soleil .
:arrow:

Le Japon n’a peut être pas de ressources naturelles à sa disposition, mais il a des idées. Le gouvernement vient de lancer un ambitieux projet de centrale solaire spatiale. Décollage prévu en 2030 !

Je découvre ce sujet, mais je n'ai malheureusement pas le temps de me lancer dans tous les calculs.

En particulier, tant qu'on n'aura pas d'ascenseur spatial, le coût énergétique (et écologique) de la mise en orbite me semble totalement déraisonnable.

Si on met de côté ce "détail", l'exercice théorique est séduisant et je ne résiste pas à soulever quelques questions:

Pourquoi ne parle-t-on que de centrales géostationnaires ? étant donné l'encombrement de l'orbite et les surfaces envisagées, je n'ose imaginer les probabilité de collision avec les débris présents dans les parages.
Pourrait on imaginer une centrale (ou mieux une constellation d'une vingtaine de centrales sur le même plan) en orbite basse héliosynchrone crépusculaire, qui utilise des batteries, et ne les vide qu'au survol des stations de réception. Cela aurait l'avantage (outre le coût de lancement moindre), de fournir de l'électricité au moment des pointes de consommation (lever et coucher du soleil), et l'optimisation du système (minimisation de la masse des batteries) supposerait que plusieurs continents coopèrent pour bénéficier les uns après les autres du "vidage d'énergie"

Autre remarque: étant donné l'aversion grandissante de la population aux expositions "non choisies" (ex antennes relais, tabagisme passif), imaginez la réaction lorsqu'on leur expliquera "qu'on a oublié de fermer la porte d'un très gros micro-onde qui les irradie depuis l'espace..."

A supposer qu'on ait résolu la question précédente (ne me demandez pas comment... peut être en criminalisant le sensationnalisme...), pourquoi ne se contente-t-on pas de satelliser des mirroirs pour concentrer le soleil sur un récepteur terrestre ? (de préférence loin de chez moi :hot: )

Dernière remarque, au sujet du solaire thermodynamique: il présente un avantage par rapport au photovoltaïque qui disparait pour les applications spatiales: la gestion de l'intermittence.
En effet, avec une grande centrale PV, on a une chute brutale de puissance au moindre passage d'un nuage, ce qui n'est pas le cas avec le solaire thermodynamique en raison de l'inertie thermique du fluide caloporteur. De plus, on peut très facilement l'hybrider en rajoutant un bruleur à gaz sur la boucle fluide, pour prendre le relai en cas de besoin...

Laurent J a écrit:
...
En particulier, tant qu'on n'aura pas d'ascenseur spatial, le coût énergétique (et écologique) de la mise en orbite me semble totalement déraisonnable.
...

Celà peut paraître contre-intuitif, mais une étude de l'ESA sur le sujet montre que la dette énergétique est remboursée en moins d'un an (à ne pas confondre avec le coût global du lancement, qui est effectivement rédhibitoire aux conditions actuelles).
C'est donc un problème mineur par rapport à d'autres.

A+

lambda0 a écrit:
Celà peut paraître contre-intuitif, mais une étude de l'ESA sur le sujet montre que la dette énergétique est remboursée en moins d'un an (à ne pas confondre avec le coût global du lancement, qui est effectivement rédhibitoire aux conditions actuelles).
C'est donc un problème mineur par rapport à d'autres.
A+

Pas si contre-intuitif que çà...même sans étude de l'ESA ! ;)
Avec 4,18 kJ on peut chauffer un kg d'eau de 1°C ou le faire grimper à environ 420 m :) ...bon d'accord je péche beaucoup par omission en ne tenant pas compte de la superstructure du lanceur et de la masse des propergols emportés ;)
...et en revenant sur Terre, il y a intérêt pour les économies d'énergie à s'occuper en premier du chauffage et de la climatisation.
Cordialement,
Giwa

Je suis allé jeter un coup d'oeil aux articles de l'ESA et au concept de solar tower du DLR, et j'avoue que je ne suis pas totalement convaincu par leurs résultats:

la solar tower du DLR pèse 2100 tonnes pour 450 MWe de puissance en orbite (2,7 km2)

d'après les ratios de transmission/conversion utilisés par l'ESA (53GWe en orbite->7,9GWe disponibles au sol) ça fait une puissance disponible au sol de 67 MWe.

soit 587 GWh/an donc ~ 50000 tep/an

Un remboursement en moins d'un an revient à dire que pour construire le système et l'emmener sur orbite, il faut dépenser moins de 25 tep par tonne en orbite géostationnaire. Permettez moi d'avoir des doutes (combien dépense-t-on de tep pour fabriquer une tonne d'ergols?).

Cela dit, on reste dans des ordres de grandeur qui justifient de garder la mémoire de ces études (on sait jamais, dans 20 ans...) plutôt que de les brûler tout de suite...

ci joint une présentation des différents projets sans doute qui mériteraient d'être actualisés par des connaisseurs

http://sites.univ-reunion.fr/masterCE/TMO/4LesCSO_TMO.pdf

Laurent J a écrit:Je suis allé jeter un coup d'oeil aux articles de l'ESA et au concept de solar tower du DLR, et j'avoue que je ne suis pas totalement convaincu par leurs résultats:
la solar tower du DLR pèse 2100 tonnes pour 450 MWe de puissance en orbite (2,7 km2)
...

Ca dépend certainement beaucoup du concept retenu et des hypothèses sur les progrès des panneaux solaires à films minces.
Il y a un paragraphe à ce sujet à la fin de cet article (energy payback), surtout des résultats :
http://www.esa.int/gsp/ACT/doc/POW/ACT-RPR-NRG-2005-RASTS-SPS_for_21st_Century_Energy_Systems.pdf
Le temps de retour énergétique est de moins d'un an pour des systèmes de plusieurs GWe. Pour 500 MWe et transmission par micro-ondes, ils trouvent 24 mois, c'est la seule valeur supérieure à 1 an dans leur tableau.

A+

A rajouter à la discussion le projet californien (sujet abordé par Astro-Notes dans un FIL Actualités/USA)

La jeune entreprise californienne Solaren sera chargée de la réalisation de ce projet. Elle envisage de déployer en orbite un miroir gonflable d'un kilomètre de diamètre, qui focalisera les rayons solaires vers des cellules photovoltaïques, dont le rendement espéré est de 50 pourcents, contre 15 à 17 pourcents en moyenne pour des installations terrestres actuelles. L'absorption des ondes radio par l'atmosphère terrestre ferait descendre le rendement à 25%, permettant tout de même de produire plus de 200 mégawatts, ce qui correspond environ à la consommation moyenne de 100.000 foyers californiens.

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61654.htm

Je n'ai pas relu tout ce long FIL, mais je m'interroge sur les techniques de transmission par "ondes radio" dont il est question dans ce projet.
Avez-vous des précisions (ou des liens consultables) sur ce sujet ?

montmein69 a écrit:A rajouter à la discussion le projet californien (sujet abordé par Astro-Notes dans un FIL Actualités/USA)

La jeune entreprise californienne Solaren sera chargée de la réalisation de ce projet. Elle envisage de déployer en orbite un miroir gonflable d'un kilomètre de diamètre, qui focalisera les rayons solaires vers des cellules photovoltaïques, dont le rendement espéré est de 50 pourcents, contre 15 à 17 pourcents en moyenne pour des installations terrestres actuelles. L'absorption des ondes radio par l'atmosphère terrestre ferait descendre le rendement à 25%, permettant tout de même de produire plus de 200 mégawatts, ce qui correspond environ à la consommation moyenne de 100.000 foyers californiens.

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/61654.htm

Je n'ai pas relu tout ce long FIL, mais je m'interroge sur les techniques de transmission par "ondes radio" dont il est question dans ce projet.
Avez-vous des précisions (ou des liens consultables) sur ce sujet ?

En tout cas si la Californie réalise cela pour 2016 ,alors :ven:
Les décideurs californiens ont donné leur accord pour la première centrale électrique dans l'espace. Ce projet sans précédant, dont la date de mise en service est prévue pour 2016,

je ne sais pas si ce document certes de 2007 a déjà été posté ; mais il apporte certains éléments complémentaires

http://www.acq.osd.mil/nsso/solar/SBSPInterimAssesment0.1.pdf

Tiens, il parait y avoir quelque intérêt pour le sujet chez EADS :
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8467472.stm

Ou aux US:

Solaren, une start-up composée de 10 vétérans de l'aéronautique et de l'industrie de la défense ont proposé de relever le défi. Ils n'ont pour le moment ni office, ni site web, seulement de grandes ambitions. Dans leur modèle technologique, le satellite sera doté de réflecteurs paraboliques pour concentrer les rayons du soleil sur les cellules solaires. Il en résultera un rayon électromagnétique qui sera envoyé sur la surface terrestre, réceptionné ensuite par une antenne d'une surface d'un kilomètre carré, puis converti en électricité.

article complet:

Un projet futuriste qui pourrait devenir réalité

http://www.spaceenergy.com/Discovery/space_energy_files/Pentagon_SBSP_Report_October_2007.pdf

pour approfondir

et une vidéo sur You Tube

https://www.youtube.com/watch?v=rXlEqhCkxbM

tatiana13 a écrit:http://www.spaceenergy.com/Discovery/space_energy_files/Pentagon_SBSP_Report_October_2007.pdf

pour approfondir

Heu... je l'ai mis en ligne depuis plus de deux ans... http://minilien.com/?y1tpq6PD9Q