Énergie solaire : Désert de Mohave, Californie

Le projet :

Centrale solaire d’Ivanpah
Désert de Mohave, Californie

En 2013, une centrale solaire thermodynamique à concentration (CSP) de 377 mégawatts a été mise en service dans le désert de Mohave en Californie. La centrale solaire d’Ivanpah comprend trois champs de miroirs héliostats couvrant 14 km². Chaque héliostat concentre la lumière du soleil sur une des trois tours solaires, qui utilisent cette lumière solaire concentrée comme source d’énergie principale pour les turbines à vapeur qui produisent de l’électricité pour 140 000 foyers californiens.

Les défis

La centrale solaire thermodynamique à concentration fonctionne un peu comme une tentative d’allumer un petit feu avec un miroir ou une loupe. Si vous ne tenez pas le miroir pour qu’il capte le soleil, vous n’aurez pas de feu. De même, si vous ne pouvez pas aligner la lumière solaire concentrée de manière constante et précise sur une cible combustible, vous n’aurez pas de feu.

Pour optimiser la production de la centrale, les ingénieurs d’Ivanpah ont dû aligner 173 000 héliostats de manière à ce qu’ils réfléchissent un maximum de lumière solaire vers les tours solaires, à toute heure de la journée. Pour accomplir cet exploit, ils ont été confrontés à trois grands défis :

1 : la position du soleil change constamment. Chaque héliostat doit tourner jusqu’à 270° chaque jour à des vitesses aussi lentes que 0,009 tr/min. Plus les héliostats peuvent concentrer les rayons du soleil avec précision, plus la centrale produit de l’électricité.

2 : les vents du désert peuvent souffler avec des rafales pouvant atteindre 305 km/h. Les héliostats d’Ivanpah mesurent 25 m² ou plus. Dans l’étendue du Mohave, ces grands panneaux plats peuvent agir comme des voiles pendant une tempête de vent, créant une instabilité et un jeu dans leurs engrenages de positionnement. De plus, les engrenages doivent résister au sable et aux débris constamment transportés par le vent.

3 : le coût de la maintenance de 173 000 héliostats peut s’avérer prohibitif. Une fois qu’il a démarré, le jeu d’engrenage s’amplifie de lui-même et peut user rapidement un ensemble d’engrenages. Pour maintenir les coûts énergétiques à un faible niveau, les engrenages des héliostats d’Ivanpah doivent conserver leur stabilité et leur précision pendant des décennies

La solution :

Les entraînements à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive

Après avoir évalué les systèmes d’entraînement par engrenages de plusieurs fabricants, BrightSource a décidé d’installer des entraînements à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive dans des dizaines de milliers d’héliostats d’Ivanpah. Les entraînements fournissent le type de contrôle de mouvement de haute précision utilisé pour le positionnement par satellite et les outils chirurgicaux et sont conçus pour atteindre une durée de vie de 35 ans.

Fonctionnement

L’entraînement à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive augmente la surface de contact entre l’engrenage et la vis sans fin afin de garantir une plus grande stabilité qu’un entraînement à vis sans fin traditionnel. La forme de sablier de la vis sans fin enveloppe l’engrenage, qui s’enroule également autour de la vis sans fin.

« Ce contact d’engrènement supérieur se traduit par une plus grande capacité de couple et une plus grande résistance aux charges de choc, explique Jacob Randall, directeur des marchés stratégiques à Cone Drive. Les ensembles d’engrenages à double enveloppe contribuent au maintien d’un jeu entre dents nul, en éliminant tout jeu ou perte de mouvement causé par des écarts entre les dents et le filetage. »

L’entraînement à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive augmente la surface de contact entre l’engrenage et la vis sans fin afin de garantir une plus grande stabilité qu’un entraînement à vis sans fin traditionnel.

Les avantages

1 : Précision « La précision que nous pouvons obtenir avec la double enveloppe convenait parfaitement à Ivanpah, affirme M. Randall. » Les ensembles d’engrenages Cone Drive permettent aux héliostats d’Ivanpah de concentrer plus de lumière solaire sur les tours solaires de manière plus fiable. Avec 173 000 héliostats, même de petites améliorations de la précision peuvent faire une grande différence dans la production de la centrale.

2 : Stabilité. Les entraînements à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive permettent de maintenir les héliostats d’Ivanpah à des niveaux optimaux de fonctionnement, même dans des conditions de vent extrêmes. « En torsion, l’engrenage est extrêmement rigide, explique M. Randall. Quand le vent souffle sur un miroir, ce miroir ne bouge pas. »

3 : Zéro maintenance. Grâce à la stabilité des héliostats, la solution Cone Drive réduit au minimum le jeu des engrenages, ainsi que l’usure et la nécessité de réparations coûteuses. Les engrenages sont lubrifiés intérieurement et scellés à vie, pour résister au sable, à la saleté et aux débris, ainsi que pour éliminer les tâches de maintenance.

Les résultats

Au cours des sept dernières années d’exploitation, l’équipe d’Ivanpah a réussi à augmenter la production d’électricité propre de la centrale par rapport à la quantité de gaz naturel utilisée pour faire fonctionner les turbines à vapeur quand le soleil est absent du ciel ou qu’il est caché par les nuages.

• Depuis 2015, la centrale a produit en moyenne près de 700 000 mégawatts/heure d’énergie solaire par an.
• Ivanpah dessert plus de 140 000 foyers californiens pendant les heures de pointe de la journée.
• La centrale est en voie de réduire de 13 millions de tonnes les émissions de dioxyde de carbone au cours de ses 30 ans d’existence.

Suite au succès de la solution de Cone Drive à Ivanpah, BrightSource Energy utilise la technologie Cone Drive pour d’autres projets de centrales solaires thermiques à concentration, notamment une centrale de 700 mégawatts aux Émirats arabes unis et une autre dans le désert du Néguev en Israël.

« La technologie de l’énergie solaire ne cesse de s’améliorer, déclare M. Randall. De petites améliorations progressives peuvent se traduire par des gains considérables dans un contexte d’intérêt croissant pour les sources d’énergie renouvelables. »

Découvrez l’engrenage à vis sans fin à double enveloppe de Cone Drive et sa participation dans le secteur de l’énergie solaire.

Last Updated: 2021/06/9

Published: 2021/02/14