Une suspension dense de particules utilisée comme fluide de transfert pour les centrales solaires thermiques à concentration

Abstract

Cet article démontre la capacité des suspensions denses de particules solides (DPS) à transporter la puissance solaire concentrée depuis un récepteur tubulaire jusqu’à un système de transformation d’énergie (stockage, échangeur de chaleur …). Au contraire des lits fluidisés circulants (CFB), l’écoulement d’une DSP se fait à une vitesse de gaz très faible et à une forte fraction volumique de solide. Un récepteur solaire mono-tubulaire a été testé, avec des particules de carbure de silicium (SiC) de diamètre moyen 64µm, à des densités de flux solaire dans la gamme 200-250 kW/m². Des augmentations de température du solide allant de 50 à 150°C ont été obtenues. Le coefficient moyen de transfert de chaleur entre la paroi et la suspension (h) a été calculé à partir des résultats expérimentaux. Il est sensible à la fois à la fraction volumique de solide, que l’on a faite varier de 26 à 35%, et à la vitesse moyenne des particules. Des coefficients de transfert de chaleur allant de 140 à 500 W/m².K ont été obtenus, ce qui correspond à une valeur moyenne de 400 W/m².K pour les conditions opératoires standard (forte fraction de solide) à faible température. Des coefficients plus importants peuvent donc être attendus à haute température car h augmente fortement avec la température. La suspension sert de fluide de transfert (HTF) avec une capacité thermique proche des HTF liquides, et sans température limite d’utilisation si ce n’est celle du tube absorbeur. Des températures de suspension allant jusqu’à 750°C sont attendues pour les tubes métalliques, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour les cycles thermodynamiques à haut rendement comme ceux à vapeur d’eau ou dioxyde de carbone supercritique.