Les collectivités misent sur la centrale solaire thermique 

Transition énergétique : les collectivités misent sur la centrale solaire thermique

 

Booster la part des énergies renouvelables dans le mix, faire un pas de plus vers la souveraineté énergétique, décarboner la ville, créer des emplois directs… les collectivités sont de plus en plus nombreuses à miser sur la centrale solaire thermique dans leur transition énergétique.

On fait le point sur cette invention danoise qui suscite l’engouement des élus en France !

Centrale solaire thermique : de quoi parle-t-on ?

C’est dans les contrées scandinaves que la première centrale solaire thermique a vu le jour. Dès les années 1970, des chercheurs danois ont commencé à développer des technologies pour exploiter l’énergie solaire au service du chauffage. Ces technologies ont commencé à petite échelle avant de se calibrer pour les besoins de la collectivité, avec notamment la centrale solaire thermique au début des années 2000.

Il s’agit d’une installation industrielle qui convertit l’énergie solaire en énergie thermique, puis ultérieurement en électricité. Son fonctionnement repose sur le principe de concentration des rayons solaires pour augmenter leur intensité.

Concrètement :

1. À l’aide de miroirs ou de lentilles, la centrale solaire thermique concentre les rayons du soleil sur le point focal. Ce processus amplifie l’intensité énergétique du soleil sur une petite surface, générant ainsi une chaleur importante ;

2. Lorsque les rayons du soleil sont concentrés sur le point focal, ils chauffent un fluide caloporteur qui circule à travers des tubes. Il peut s’agir d’eau, de sels fondus ou de tout autre fluide adapté à la captation et au transport de la chaleur ;

3. La chaleur accumulée par le fluide caloporteur est utilisée pour produire de la vapeur qui sera par la suite dirigée vers une turbine reliée à un générateur. Lorsque la turbine est mise en mouvement par la vapeur, elle entraîne le générateur qui produit alors de l’électricité.

Centrale solaire thermique vs panneaux solaires photovoltaïques

La différence fondamentale entre les panneaux solaires photovoltaïques et la centrale solaire thermique réside dans la méthode de conversion de l’énergie solaire. Synthèse dans ce tableau comparatif :

Critères	Centrales solaires thermiques	Panneaux solaires photovoltaïques
1. Mode de Conversion	Convertit l’énergie solaire en chaleur, puis en électricité via une turbine et un générateur.	Convertit directement l’énergie lumineuse du soleil en électricité grâce à des cellules semi-conductrices.
2. Rendement	Potentiellement plus élevé lorsqu’il est associé à des systèmes de stockage thermique, permettant une production d’électricité même après le coucher du soleil.	Rendement généralement inférieur pour une même surface, car dépendant directement de la puissance du rayonnement.
3. Stockage	Possibilité de stocker l’énergie thermique pour une conversion ultérieure, même sans ensoleillement direct.	Dépend des batteries pour stocker l’électricité produite.
4. Taille et Localisation	Grandes installations, optimales dans des zones à fort ensoleillement.	Flexibilité dans la taille, adaptée aussi bien aux toits des maisons qu’aux grandes fermes solaires.
5. Coût	Investissement initial plus élevé, mais coûts opérationnels plus bas grâce au stockage thermique.	Coût initial généralement plus bas avec des coûts de maintenance associés.
6. Durabilité	Durée de vie dépendant des composants, mais généralement robuste sur de longues périodes avec une maintenance appropriée.	Durée de vie moyenne de 20 à 25 ans avec une baisse progressive du rendement.

Centrale solaire thermique en collectivité : quel intérêt face aux alternatives ?

Lorsqu’une collectivité envisage de diversifier son portefeuille énergétique en faveur des énergies renouvelables, elle doit arbitrer entre plusieurs options, notamment l’éolien, le solaire photovoltaïque et la biomasse. La centrale solaire a pour elle l’avantage du coût sur le long terme (économisé sur le stockage) et de la prédictibilité.

Centrale solaire thermique et panneaux solaires photovoltaïques

Les arguments de la centrale solaire thermique sont intéressants, à commencer par la capacité de stockage de l’énergie. En effet, et contrairement aux panneaux solaires photovoltaïques qui nécessitent des systèmes de stockage électrochimique coûteux et à durée de vie limitée pour assurer une fourniture continue (batteries), la centrale solaire utilise le stockage thermique, souvent sous forme de sels fondus.

Ce mécanisme permet de conserver la chaleur captée pendant les heures d’ensoleillement pour produire de l’électricité bien après le coucher du soleil, assurant ainsi une production d’électricité quasi continue.

Ensuite, le rendement de conversion de l’énergie solaire en électricité pour les installations thermiques est souvent supérieur à celui des panneaux photovoltaïques, particulièrement dans les régions à fort ensoleillement (PACA, Occitanie, Bourgogne-Franche-Comté, Nouvelle-Aquitaine, Auvergne-Rhône-Alpes, Corse…). Concrètement, avec une surface équivalente, une centrale solaire thermique produit plus d’électricité qu’une installation photovoltaïque.

Centrale solaire thermique et éolien

En comparaison avec l’éolien, les centrales solaires thermiques ont l’avantage de la prédictibilité. Même si les deux sources d’énergie dépendent des conditions météorologiques, l’ensoleillement est généralement plus stable ou, du moins, plus prévisible, que les régimes de vent. Ce point facilite lagestion et la planification de la production électrique, permettant à la collectivité d’anticiper ses besoins.

Sur le plan de la maintenance et de l’exploitation, les centrales solaires thermiques n’ont pas les mêmes contraintes que les installations éoliennes qui peuvent nécessiter des interventions en hauteur et sont sujettes à l’usure mécanique rapide des pales et des turbines.

La centrale solaire thermique de Châteaubriant : un projet pionnier qui donne le ton

Automne 2011. Châteaubriant, Loire-Atlantique (44). La mairie lance un chantier très ambitieux : déployer la toute première centrale solaire thermique sur réseau de chaleur en France.

Inspirée par certaines communes danoises et allemandes qui couvrent jusqu’à 60 % des besoins du réseau par cette infrastructure, la mairie a été pionnière en la matière dans l’Hexagone. Il faut dire qu’elle n’était pas à son premier coup d’essai, puisque la Ville de Châteaubriant avait déjà remporté le prix Marianne d’Or en 2011 pour son réseau de chaleur urbain.

Genèse de la première centrale solaire thermique d’une collectivité en France

Dominique Egret, directeur des services techniques de la ville, revient sur la genèse de ce projet : « En 2012, dans le cadre d’un appel à projets sur le solaire lancé par l’ADEME, la Ville de Châteaubriant a fait réaliser une étude auprès de la société Tecsol pour vérifier la faisabilité d’un apport d’eau chaude solaire réinjectée dans le réseau de chaleur. Cette étude, qui a été présentée à un congrès sur le solaire à Hambourg en juin 2014, a montré la faisabilité du projet. Un avant-projet détaillé a ensuite été réalisé par le bureau d’études Girus, lauréat de la consultation, qui a préconisé le couplage du champ de capteurs solaires avec la cogénération ».

Centrale solaire thermique de Châteaubriant : comment ça marche ?

Mise en service en janvier 2018, la centrale solaire thermique de Châteaubriant injecte les calories solaires gratuites dans la boucle de retour plus froide du réseau de chaleur urbain. Objectif : réaliser un préchauffage pour limiter les besoins énergétiques. Par la suite, un stockage de 210 m² va restituer la chaleur accumulée la veille aux heures où la demande est faible et où la production solaire est la plus forte.

La centrale travaille en synergie avec la chaufferie bois biomasse pour améliorer le rendement de l’ensemble du réseau, dans un système dit de « cogénération ». En somme, deux formes d’énergie sont produites de manière simultanée par le moteur à gaz (chaleur pour le réseau urbain et électricité).

Pendant 12 ans, en vertu d’un contrat Obligation d’Achat, l’électricité produite sera revendue à EDF. C’est d’ailleurs le temps nécessaire pour financer la totalité du champ des capteurs solaires à raison de 70 000 € par an.

Comment la centrale solaire thermique de Châteaubriant est-elle gérée ?

La Ville a signé un contrat de garantie solaire qui engage à la fois l’exploitant du réseau (Engie), la maîtrise d’œuvre et le titulaire du lot « capteurs solaires ». Le contrat prévoit une garantie sur la période 2018 – 2023 : 900 MWh doivent être réinjectés annuellement.

Une centrale solaire thermique qui alimente 26 équipements publics

Aujourd’hui, la chaufferie-bois et le réseau de chaleur urbain desservent de nombreux équipements publics dans la ville, notamment :

· Des équipements communaux et intercommunaux (serres municipales, halle, conservatoire, crèche intercommunale) ;

· Des établissements de santé : centre de rééducation fonctionnelle, Pôle Santé, Maison d’Accueil pour Personnes âgées ;

· Des établissements scolaires (groupes scolaires, collèges et lycées) ;

· L’entreprise Castel Viandes ;

· Des structures sportives : espaces aquatiques, gymnases, Centre Municipal des Sports, piscines, etc. ;

· Habitat social : Rue de Verdun, Cité Carfort, la Ville-aux-Roses.

Centrale solaire thermique de Châteaubriant : quid du financement ?

Le champ des capteurs solaires, d’une valeur de 1,5 million d’euros HT, a été financé à hauteur de 70 % par l’ADEME par le biais du fonds Chaleur. La Ville, également le maître d’ouvrage, finance le reste, tandis que la société Engie assure le pilotage et l’exploitation de la centrale solaire.

L’engouement des collectivités pour la centrale solaire thermique

Longtemps réservée aux particuliers, l’énergie solaire a fait une entrée remarquée dans les municipalités en 2021, portée notamment par la maturité de la technologie, les économies d’échelle et les aspirations écologiques des habitants et des élus.

· La ville de Pons, en Charente-Maritime (17), a renforcé son réseau de chaleur biomasse par une centrale solaire thermique en 2021, faisant passer son mix en énergie renouvelable (EnR) de 75 à 90 %. L’ADEME a documenté ce projet ;

· La ville de Narbonne, dans l’Aude (11), s’est dotée d’une centrale solaire thermique en 2021, l’une des plus grandes en France à être reliée à un réseau de chaleur urbain ;

· La commune de Llo, dans les Pyrénées orientales (66), s’est dotée fin 2018 de la première centrale solaire thermique fonctionnant aux miroirs de Fresnel au monde, plus abordables que leurs équivalents courbés ;

· La ville de Montmélian, en Savoie (73), s’est dotée d’une petite centrale solaire thermique à capteurs vitrés pour chauffer la piscine municipale, produire de l’eau chaude sanitaire (ECS) et chauffer les locaux en hiver.

Les collectivités territoriales qui souhaitent lancer un projet de centrale solaire thermique (chauffage ou production d’eau chaude sanitaire) peuvent prétendre aux aides du fonds Chaleur de l’ADEME, avec un financement qui peut couvrir jusqu’à 60 % du coût de l’installation.