Solar Dish Stirling Technology: Multi-criteria optimization and assessments

Abstract

L'énergie solaire est l'une des alternatives les plus prometteuses pour fournir une énergie propre, écologique et durable à des coûts compétitifs. Dans le monde entier, la mise en oeuvre des systèmes d'Energie Solaire à Concentration (ESC) pour la production d'électricité s'est considérablement intensifiée. Le Concentrateur Solaire Parabolique à moteur Stirling (CSPS) fait partie des technologies ESC les moins développées et des travaux de recherche supplémentaires devraient être déployés pour assurer son avancement mondial, sa compétitivité ainsi que sa mise en oeuvre généralisée. La présente thèse a pour objectif principal de fournir des éléments de réponse liés au potentiel de la technologie des concentrateurs solaires paraboliques en tant que mode de production d'énergie durable et de révéler son rôle dans la mitigation des problèmes environnementaux. Une étude bibliographique approfondie et extensive a été établie pour fournir une vision globale sur le progrès de cette technologie au cours des dernières années. L'étude bibliographique a également mentionné les nouvelles applications et les divers usages des concentrateurs solaires paraboliques, et a tracé diverses perspectives de développement technologique. L’état de l’art effectué a mis en évidence les approches les plus prometteuses suggérées par la communauté scientifique pour optimiser les performances énergétiques, exégétiques et économiques de la technologie CSPS. La production d'électricité reste l'application la plus souhaitable du système CSPS, en particulier dans les pays en développement avec un fort potentiel solaire. L'intérêt de la mise en oeuvre d'une telle technologie pour l'électrification des régions rurales marocaines a d'abord été souligné. Un bilan global basé sur une analyse énergétique, exergétique, économique et environnementale a été élaboré à cet effet. La particularité de l'évaluation développée est qu'elle repose sur un dimensionnement spécifique des paramètres de conception qui ont été optimisés sur la base d'investigations paramétriques en tenant compte des données météorologiques horaires. Cela a permis de classer et distinguer les sites marocains les plus pertinents pour abriter des projets basés sur la technologie CSPS. La présente thèse a également traité l'amélioration des performances énergétiques et économiques globales des centrales CSPS du point de vue de la disposition et l'aménagement du champ solaire. Dans cette optique, une approche d’optimisation multi-objective en utilisant l’Algorithme Génétique et l'analyse décisionnelle multicritères a été introduite pour mettre en exergue le meilleur compromis entre les performances énergétiques et financières d'une centrale CSPS 5 de 10 MW fonctionnant sous les conditions climatiques des deux villes Ouarzazate et Madrid. Deux fonctions objectives énergétiques et économiques conflictuelles ont été prises en compte et des lignes directrices ont été finalement fournies pour ajuster effectivement les paramètres géométriques de la disposition du champ solaire CSPS. En outre, un intérêt particulier a été dédié à l’hybridation de la technologie CSPS avec la technologie des éoliennes dans le but de fournir une forme durable et propre de l’électricité aux bâtiments résidentiels. Dans cette perspective, une conception d’une structure d’immeuble multifamilial a été réalisée et simulée dynamiquement en tenant compte des pratiques de construction courantes dans le contexte marocain. La particularité de l’analyse menée est d’explorer davantage le concept ‘Power-to-Hydrogen’ en optimisant le Système Hybride intégré à sources d’Energies Renouvelables (SHER) sous une configuration connectée au réseau. L’optimisation du Système Hybride intégré à sources d’Energies Renouvelables (SHER) a été réalisée pour deux régions marocaines ayant des données météorologiques distinctes. De plus, les paramètres financiers et énergétiques les plus pertinents ainsi qu’une série d’analyses de sensibilité ont été évalués. Les différentes études et investigations menées dans cette thèse ont permis de dévoiler le potentiel d'intégration de la technologie CSPS et d'ouvrir les perspectives d'applications modernes de polygénération pouvant favoriser les conditions de vie dans des lieux à fort potentiel solaire et limiter leurs consommation en sources conventionnelles