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Les projets hybrides flottants solaire + hydroélectrique peuvent bénéficier aux deux technologies

PV flottant au réservoir de stockage par pompage de l'Alto Rabagão, Portugal. Crédit: Will Henley, International Hydropower Association et Energias de Portugal SA

Par Emanuele Quaranta, expert en la matière, PreScouter

Les centrales hydroélectriques et solaires ont été développées séparément dans le passé. Récemment, les centrales hydroélectriques et solaires ont commencé à fusionner pour devenir des centrales hybrides photovoltaïques et hydroélectriques, où des panneaux solaires flottants sont installés à la surface de l'eau des réservoirs hydroélectriques et / ou à la surface du barrage. Cela représente une stratégie rentable pour attribuer de nouvelles centrales photovoltaïques sans occuper des terres naturelles, protéger les barrages de l'isolation et augmenter la production hydroélectrique en réduisant les pertes par évaporation.

À l'échelle mondiale, l'hydroélectricité représente la plus grande part de la production d'électricité renouvelable, avec près de 1200 GW de capacité installée, dont 328 GW sont des centrales au fil de l'eau (par exemple, les centrales hydroélectriques sans réservoirs de stockage ou avec de très petites). L'hydroélectricité est une source d'énergie renouvelable avec des avantages pour le contrôle des inondations, la gestion de l'eau, la promotion des activités de loisirs et la stabilisation du réseau électrique.

PV flottant sur le barrage de Mettur, en Inde. Crédit: Marco Rosa-Clot of Upsolar Floating

Cependant, une perte majeure dans les centrales hydroélectriques est l'évaporation de l'eau des réservoirs car l'eau évaporée ne peut pas être exploitée par la turbine pour produire de l'énergie. Pendant ce temps, les centrales photovoltaïques ont connu une croissance exponentielle depuis 2010, avec une capacité installée totale dans le monde d'environ 400 GW qui devrait croître au cours des prochaines décennies.

Cependant, certains des plus grands défis sont que les projets solaires nécessitent de grandes surfaces et que le réchauffement des panneaux réduit leur efficacité.

Centrales photovoltaïques et hydroélectriques

Dans les centrales hybrides photovoltaïques-hydroélectriques, les panneaux photovoltaïques sont incorporés à la centrale hydroélectrique principalement de deux manières: l'installation de panneaux photovoltaïques sur la face aval du barrage, une option uniquement possible dans certaines centrales où la pente frontale du barrage est inférieure à 40 ° (comme dans les barrages gravitaires et en remblai), ou des panneaux photovoltaïques flottants à la surface de l'eau du réservoir hydroélectrique.

Centrale solaire flottante. Crédit: Silvano Pinter, Hydrosolar srl

Dans les systèmes hybrides, plusieurs avantages sont obtenus en ce qui concerne le fonctionnement indépendant des centrales solaires et hydroélectriques. En général, les centrales hydroélectriques sont faciles d'accès et déjà raccordées au réseau, donc l'installation de panneaux photovoltaïques nécessite moins de travail et d'infrastructure.

Dans le premier cas (PV sur barrages), les avantages sont les suivants:

  • Les panneaux photovoltaïques protègent la surface du barrage contre le rayonnement solaire direct qui peut nuire à la stabilité du barrage lui-même, réduisant l'excursion thermique de la surface du barrage et augmentant la durabilité du barrage
  • Les panneaux photovoltaïques sont installés sur une structure existante (la surface du barrage), ce qui réduit l'utilisation des terres
  • L'énergie générée par le PV peut être utilisée pour le pompage dans les centrales hydroélectriques à stockage pompé
  • Les panneaux photovoltaïques sont montés sur une zone inclinée, minimisant la distance requise entre deux panneaux par rapport à une installation analogue sur une zone plane, augmentant ainsi la production d'énergie solaire

Dans le cas de panneaux solaires flottants sur des réservoirs hydroélectriques, les avantages sont les suivants:

  • L'utilisation des terres est minimisée
  • L'effet de refroidissement fourni par l'eau sous les panneaux augmente l'efficacité des panneaux
  • L'ombrage fourni par les panneaux PV sur l'eau réduit la croissance des algues et l'évaporation de l'eau, améliorant la production d'énergie hydraulique et la qualité de l'eau
  • La surface de l'eau offre des zones exemptes d'ombrage avec une réflexion plus élevée de la lumière solaire, améliorant la génération de PV

PV flottant au réservoir de stockage par pompage de l'Alto Rabagão, Portugal. Crédit: Michaela Costes, Ciel & Terre USA

Les panneaux flottants peuvent augmenter le facteur de capacité d'une centrale hydroélectrique de 50% à 100%, où le facteur de capacité de la centrale hydroélectrique est le rapport entre l'énergie totale produite et l'énergie maximale que l'on peut générer si la centrale hydroélectrique fonctionne toujours à son puissance maximale installée. Les panneaux flottants peuvent gagner 7% à 14% plus d'énergie qu'une installation terrestre en raison de la réduction de la température.

Cependant, le PV flottant a une limite importante: il ne résiste pas aux fortes rafales de vent, nécessitant un très grand nombre de points d'amarrage pour qu'il reste intact. La solution imaginée par la société Upsolar Floating repose sur un concept beaucoup plus robuste où les radeaux sont construits avec des tuyaux en polyéthylène et des poutres en acier supportées par 20 à 24 panneaux. Il a été démontré qu'ils résistent aux dommages causés par le vent jusqu'à 140 km / h.

Cas réels et coûts

Des panneaux solaires flottants installés sur une surface de barrage peuvent être appliqués à plusieurs barrages à travers le monde. Par exemple, une étude récente réalisée par le Centre commun de recherche de la Commission européenne a révélé que l'application de tels systèmes hybrides à 10 barrages sélectionnés en Afrique du Sud peut générer une quantité annuelle d'électricité de 72 GWh à partir de l'énergie photovoltaïque à partir d'une puissance de crête installée de 42 MWc. Un exemple de projet réel peut être trouvé au barrage de Kutani au Japon, avec une capacité photovoltaïque installée de 4,99 MWc et un revenu sur 20 ans de ~ 5,4 millions de dollars.

Transformation d'un barrage photovoltaïque au Japon. Crédit: Kougias, I., Bódis, K., Jäger ‐ Waldau, A., Monforti ‐ Ferrario, F., et Szabó, S. (2016). Exploiter les barrages existants pour les installations de systèmes solaires photovoltaïques. Progrès en photovoltaïque: recherche et applications, 24 (2), 229-239

Un exemple intéressant de PV flottant est celui du réservoir de stockage par pompage d'Alto Rabagão au Portugal, d'une capacité installée de 220 kWc solaires. Un autre exemple est le projet solaire flottant de 200 kWc à Suvereto, en Italie.

Aujourd'hui, un projet solaire flottant coûte 10% de plus qu'une centrale solaire au sol, mais ce coût plus élevé est surmonté par une efficacité accrue. Le coût final en kWh est inférieur de 20% à celui d'un projet au sol. Le coût pour les grands projets est d'environ ~ 763 $ par kWc, tout compris (amarrage, câble, onduleurs, armoire électrique), tandis que le prix final du kWh se situe entre 33 $ et 54 $ par MWh, selon les conditions de rayonnement locales.

Estimation et conclusion potentielles

PV flottant de 200 kWc à Suvereto, Italie. Crédit: Marco Rosa-Clot of Upsolar Floating

En supposant une couverture de 25% des 265,7 milliers de kilomètres carrés qui représentent toutes les surfaces existantes des réservoirs hydroélectriques à PV flottant, 4 400 GW pourraient être générés (6 270 TWh) pouvant atteindre 5 700 GW (8 000 TWh) en utilisant tous les réservoirs existants, à la fois pour l'hydroélectricité et à d'autres fins. L'énergie solaire flottante pourrait empêcher environ 74 milliards de mètres cubes d'évaporation de l'eau, augmentant la disponibilité de l'eau de 6,3% et la production d'hydroélectricité de 142,5 TWh.

Cette application aux réservoirs d'eau du monde entier a déjà été envisagée, pour une puissance installée totale de PV flottant de 376 MW en Chine, 22,7 MW au Japon, 9,3 MW au Royaume-Uni, 6 MW en Corée du Sud, 4 MW en Australie, 0,77 MW en Italie et 0,67 MW aux États-Unis. D'autres exemples, mais à une échelle mineure par rapport aux pays mentionnés précédemment, peuvent être trouvés en Espagne, au Portugal, en France et en Inde.

En raison des avantages de ce type de centrale hybride combinée, le potentiel et les opportunités de marché devraient croître à l'avenir, en particulier la solution flottante, réduisant ainsi les émissions combinées (hydro + solaire) de GES par kWh produit, en particulier dans les régions tropicales.


Emanuele Quaranta est un expert en la matière chez PreScouter. Il est actuellement responsable de projet (recherche scientifique) au Centre commun de recherche de la Commission européenne (direction de l'eau), arbitre scientifique pour des revues internationales et congrès internationaux, consultant scientifique pour les entreprises et conseiller pour FederIdroelettrica (association italienne de l'hydroélectricité). ). Auparavant, Emanuele était un post doctorat. chercheur au Politecnico di Torino (Turin, Italie) en génie hydraulique, hydroélectricité (expert en roues hydrauliques), écohydraulique (focus sur les passages de poissons) et mécanique des fluides (simulations CFD) et expert en hydroélectricité pour la Commission européenne en 2017. en savoir plus sur les innovations hydroélectriques dans le blog d'Emanuele Hydropower Altervista.

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