Solar Energy Generating Systems

Solar Energy Generating Systems (SEGS) est une centrale solaire thermodynamique à miroirs cylindro-paraboliques située en Californie, aux États-Unis. Elle était à sa mise en service la plus grande installation de production d'énergie solaire au monde. Elle se compose de neuf centrales solaires dans le désert de Mojave, où l'ensoleillement est l'un des meilleurs disponibles aux États-Unis. SEGS I-II (44 MW) sont situées à Daggett, SEGS III-VII (150 MW) sont installées à Kramer Junction et SEGS VIII-IX (160 MW) sont à Harper Lake^[1]. NextEra Energy Resources exploite et détient en partie les usines situées à Kramer Junction et Lake Harper.

Centrale solaire SEGS

Vue aérienne d'une partie de quatre des cinq unités SEGS III-VII, située à Kramer Junction, California (en).

Administration

Localisation	Californie  États-Unis
Coordonnées	35° 01′ 54″ N, 117° 20′ 53″ O
Mise en service	1984 (1re tranche) - 1990 (9e tranche)
Statut	Opérationnelle

Caractéristiques

Type d'installation	Centrale solaire thermodynamique
Énergie utilisée	Solaire
Technologie	Centrale solaire thermodynamique
Puissance installée	178 MW

Localisation sur la carte des États-Unis

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Description

Vue aérienne des miroirs. On peut remarquer que plusieurs sont brisés

Les usines ont une puissance installée de 354 MW, ce qui en faisait la plus grande installation solaire au monde, tous types confondus, jusqu'en 2005 au moins^[1]. Elle a depuis été dépassée notamment par la centrale solaire d'Ivanpah, également située aux États-Unis. La puissance moyenne brute produite pour l'ensemble des neuf usines du SEGS est d'environ 75 MWe, soit un facteur de charge de 21 %. En outre, les turbines peuvent être utilisées la nuit pour brûler du gaz naturel.

Selon Nextera, SEGS peut alimenter 232 500 foyers et évite l'émission de 3 800 t de pollution par an, qui aurait été produite si l'électricité était fournie par des combustibles fossiles, tel que le pétrole^[2].

Les installations sont constituées d'un total de 936 384 miroirs et couvrent plus de 6,5 km². Alignés, les miroirs paraboliques s'étendraient sur 370 km.

Principe de fonctionnement

Schéma d'un miroir cylindro-parabolique

L'installation utilise la technologie solaire thermique via des miroirs cylindro-paraboliques, avec en complément du gaz naturel, pour produire de l'électricité. L'électricité est produite à 90 % grâce à la lumière du soleil. Le gaz naturel est utilisé uniquement lorsque le rayonnement solaire est insuffisant pour répondre à la demande de Southern California Edison, le distributeur d'électricité dans le sud de la Californie.

Miroirs

Vue au sol des miroirs.

Les miroirs cylindro-paraboliques (miroirs creux) sont en forme de demi-tube. Le soleil brille sur les panneaux en verre, qui réfléchissent 94 % de la lumière incidente, à la différence des miroirs classiques, qui n'ont que 70 % de réflectivité. Les miroirs suivent automatiquement le soleil toute la journée. La principale cause de bris des miroirs est le vent : 3 000, en moyenne, sont remplacés chaque année. Les opérateurs peuvent faire pivoter les miroirs pour les protéger pendant les tempêtes de vent intense. Un système automatique de lavage est utilisé pour en nettoyer périodiquement la partie réfléchissante.

Transfert de chaleur

La lumière du soleil est réfléchie sur les miroirs et est dirigée vers un tube central rempli d'huile synthétique, fluide primaire qui s'échauffe à plus de 400 °C. La lumière réfléchie focalisée sur le tube central est de 70 à 80 fois plus intense que la lumière du soleil ordinaire. Le fluide caloporteur transfère sa chaleur à l'eau d'un circuit secondaire, qui bout et entraîne une turbine à vapeur à cycle de Rankine^[3], ce qui génère de l'électricité. L'huile synthétique permet de transporter la chaleur à haute température sans s'évaporer, contrairement à l'eau qui ferait alors augmenter la pression dans le tube.

Emplacements

Les centrales SEGS ont été construites par Luz Industries^[3],[4] et mises en service entre 1984 et 1991. Kramer Junction emploie environ 95 personnes et 45 personnes travaillent à Harper Lake.

Historique et données opérationnelles des centrales SEGS

Centrale	Année de construction	Localisation	Puissance nominale	Surface au sol	Température de l'huile	Production brute d'électricité (MWh)
			(MW)	(m²)	(°C)	1996	Moyenne 1998–2002
SEGS I	1984	Daggett	14	82 960	307	19 900	16 500
SEGS II	1985	Daggett	30	165 376	316	36 000	32 500
SEGS III	1986	Kramer Jct.	30	230 300	349	64 170	68 555
SEGS IV	1986	Kramer Jct.	30	230 300	349	61 970	68 278
SEGS V	1987	Kramer Jct.	30	250 500	349	71 439	72 879
SEGS VI	1988	Kramer Jct.	30	188 000	390	71 409	67 758
SEGS VII	1988	Kramer Jct.	30	194 280	390	70 138	65 048
SEGS VIII	1989	Harper Lake	80	464 340	390	139 174	137 990
SEGS IX	1990	Harper Lake	80	483 960	390	141 916	125 036
Sources: Solargenix Energy[5], KJC Operating Company[6], IEEE[7], NREL[8]

SEGS Production solaire (MWh)

Année	SEGS I[9]	SEGS II[10]	SEGS III[11]	SEGS IV[12]	SEGS V[13]	SEGS VI[14]	SEGS VII[15]	SEGS VIII[16]	SEGS IX[17]	Totale
1985	19 261									19 261
1986	22 510	25 085								47 595
1987	25 055	23 431	49 444	52 181						150 111
1988	16 927	38 914	61 475	64 762	62 858					244 936
1989	23 527	43 862	63 096	70 552	65 280	48 045	38 868			353 230
1990	21 491	39 156	69 410	74 661	72 449	62 690	57 661	114 996	5 974	518 488
1991	20 252	35 168	60 134	64 600	59 009	64 155	58 373	102 464	144 805	608 960
1992	17 938	32 481	48 702	51 007	55 383	47 087	46 940	109 361	129 558	538 457
1993	20 368	36 882	58 248	58 935	67 685	55 724	54 110	130 999	130 847	613 798
1994	20 194	36 566	56 892	57 795	66 255	56 908	53 251	134 578	137 915	620 354
1995	19 800	35 853	56 663	54 929	63 757	63 650	61 220	133 843	138 959	628 674
1996	19 879	35 995	64 170	61 970	71 439	71 409	70 138	139 174	141 916	676 090
1997	19 228	34 817	64 677	64 503	75 936	70 019	69 186	136 410	139 697	674 473
1998	18 686	33 836	70 598	71 635	75 229	67 358	67 651	137 905	119 732	662 630
1999	11 250	33 408	70 689	71 142	70 293	71 066	66 258	135 233	107 513	636 852
2000	17 235	31 207	65 994	63 457	73 810	68 543	64 195	140 079	128 315	652 835
2001	9 255	17 580	57 857	52 696	59 925	58 004	50 378	119 127	114 607	539 429
2002	11 381	16 009	51 131	59 169	65 741	58 964	54 463	120 884	113 824	551 566
2003	6 913	11 142	59 027	58 100	61 921	50 504	49 154	119 357	115 541	531 659
2004	8 421	14 582	64 413	62 006	67 717	53 618	50 479	124 089	123 605	568 930
2005	6 336	13 375	56 680	56 349	62 309	51 827	46 628	120 282	120 915	534 701
2006	5 559	7 547	51 721	52 439	53 471	45 076	42 050	117 451	117 310	492 624
2007	0	5 445	59 480	59 799	59 547	65 832	58 307	122 676	122 699	553 785
2008	10 705	28 040	69 012	69 338	69 316	67 156	65 185	135 492	150 362	664 606
2009	9 033	18 635	62 971	63 563	59 820	62 750	58 950	131 474	139 756	606 952
2010	10 648	22 829	60 029	63 084	54 328	63 576	58 836	155 933	163 899	653 162
2011	11 164	26 198	61 350	57 684	60 451	59 327	57 378	152 463	160 506	646 521
2012	11 666	25 126	56 877	62 414	62 877	56 082	54 147	145 247	164 203	638 639
2013	9 403	23 173	56 824	58 317	57 758	52 539	48 183	141 356	154 082	601 635
Totale	424 085	746 342	1 627 564	1 657 087	1 674 564	1 491 909	1 401 989	3 120 873	3 086 540	15 230 953

La centrale peut également utiliser le gaz naturel

SEGS I-IX Production (MWh)

Année	Gaz naturel	Solaire	Totale
2001	300 721	539 429	840 150
2002	318 761	551 566	870 327
2003	233 388	531 659	765 047
2004	169 907	568 930	738 837
2005	87 163	534 701	621 864
2006	120 928	492 624	613 552
2007	111 918	553 785	665 703
2008	81 605	664 606	746 211
2009	233 685	606 952	840 637
2010	225 092	653 162	878 254
2011	242 063	646 521	888 584
2012	227 484	638 639	866 123
2013	74 803	601 635	676 438

Harper Lake

SEGS VIII et SEGS IX, situés à 35° 01′ 54″ N, 117° 20′ 53″ O, étaient jusqu'au début des années 2010 les plus grandes centrales solaires individuellement et collectivement au monde^[18]; elles sont maintenant dépassées par exemple par la centrale solaire d'Ivanpah. Elles sont les dernières, les plus grandes et les plus avancées des neuf unités du SEGS. Elles ont été conçues pour faire des économies d'échelle. SEGS VIII et IX ont fonctionné de façon continue et ont été un succès commercial depuis le début^[3].

Kramer Junction

Cet emplacement (35° 00′ 51″ N, 117° 33′ 32″ O) reçoit en moyenne 340 jours de soleil par an, ce qui en fait un endroit idéal pour la production d'électricité solaire. L'ensoleillement direct normal moyen est de 7,44 kWh/m²/jour (310 W/m²)^[6], l'un des meilleurs des États-Unis.

Daggett

SEGS I et II sont situées à 34° 51′ 47″ N, 116° 49′ 37″ O.

Accidents et incidents

En février 1999, un réservoir de stockage de 3 400 m3 de therminol a explosé à la centrale solaire SEGS II (Daggett), projetant des flammes et de la fumée dans le ciel. Les autorités ont essayé de protéger des flammes deux cuves adjacentes qui contenaient de l'acide sulfurique et de l'hydroxyde de sodium. Une zone de 1,3 km² a été évacuée^[19].