Une centrale solaire thermodynamique à concentration (CSP) à tour, avec stockage par sels fondus et implantée en milieu désertique, avait besoin d’une alimentation en air comprimé continue, propre et stable pour deux services très différents : l’air d’instrumentation et de procédé à fort débit, et l’air à moyenne pression pour la purge et l’actionnement de vannes spéciales. Les ensembles compresseurs standards ne couvraient pas correctement les deux extrémités de ce profil de charge. La centrale a installé deux compresseurs à vis lubrifiés selon une configuration à double niveau de pression — un groupe DH-185ZW à deux étages et vitesse fixe, et un groupe DRV-185ZW moyenne pression — avec une protection d’admission, une logique de refroidissement et une formation des opérateurs adaptées au site.
Les centrales CSP à tour à sels fondus concentrent le rayonnement solaire à l’aide d’un champ d’héliostats sur un récepteur central, chauffent des sels nitratés pour le stockage thermique et produisent une électricité dispatchable. Cette configuration dépend de l’air comprimé à plusieurs endroits. L’air d’instrumentation actionne les vannes de régulation et de purge côté sels. L’air de procédé actionne ces vannes et refroidit également les paliers des pompes à sel. Le suivi des héliostats a depuis longtemps été démontré sur des principes d’entraînement pneumatique, où des impulsions d’air comprimé déplacent l’ensemble du concentrateur. En pratique, le système d’air n’est pas un service accessoire : une chute de pression sur le collecteur d’instrumentation peut perturber la réponse des vannes, et une contamination peut user les internes de précision de l’appareillage d’une manière difficile à relier à la qualité de l’air.
Les conditions du site renforcent encore l’exigence. La charge de poussière ambiante est élevée, les écarts de température entre le jour et la nuit sont importants et la centrale fonctionne toute l’année. La demande d’air alterne également entre une charge de base continue et des événements périodiques à moyenne pression pour la purge et la course des actionneurs.
Un compresseur unique dimensionné pour la charge totale raccordée fonctionnerait de manière inefficace à charge partielle pendant une grande partie de la journée. Un système à un seul niveau de pression obligerait en outre toute la centrale à fonctionner à la pression la plus élevée exigée par l’utilisateur le plus contraignant — généralement un mauvais choix sur le plan de la consommation d’énergie, car les utilisateurs basse pression recevraient de l’air à une pression inutilement élevée. Ce dont la centrale avait besoin, c’était d’un système divisé : une machine pour l’air de base d’instrumentation et de procédé, et une seconde machine dédiée au service moyenne pression, chacune régulée pour éviter que les deux ne se disputent le même collecteur.
Le DH-185ZW est un compresseur à vis lubrifié, à deux étages et à vitesse fixe. La compression en deux étages répartit le taux de compression entre deux rotors, ce qui réduit le travail perdu par la chaleur entre étages et améliore la puissance spécifique par rapport à une machine monocylindre au même débit et à la même pression de refoulement. Dans cette installation, il assure la charge de base : pneumatique du champ d’héliostats, air d’instrumentation pour les vannes de régulation et de purge, et air de procédé général de la centrale. Le fonctionnement à vitesse fixe convient à une charge stable sur de longues périodes, et le bloc vis à deux étages maintient une consommation en kWh par mètre cube faible en service continu.
Le DRV-185ZW couvre le segment moyenne pression. Les compresseurs à vis moyenne pression couvrent généralement la plage de 20 à 40 bar, une bande supérieure à l’air de centrale classique mais inférieure aux très hautes pressions propres à la compression de gaz spécialisée. Sur cette centrale, il est affecté à la purge des lignes de sels fondus et aux actionneurs pneumatiques spéciaux qui ont besoin d’un plancher de pression plus ferme que celui offert par le collecteur de base. La machine maintient la pression dans une bande étroite, car les utilisateurs en aval — internes de précision des vannes et tuyauteries haute température — sont sensibles à la fois aux oscillations de pression et à l’entraînement de particules.
Les deux compresseurs sont séquencés de manière que la machine de base assure la charge stable d’instrumentation et de procédé, tandis que la machine moyenne pression entre en service pour ses utilisateurs dédiés. Cela évite le défaut courant dans les salles à plusieurs compresseurs, où les deux machines tournent à charge partielle et où la pression du collecteur continue de fluctuer. Diviser le système par zones de pression signifie aussi que le collecteur de base n’a pas à être maintenu à la consigne de moyenne pression, ce qui réduit la consommation d’énergie sur le plus grand volume d’air.
La poussière du désert est un problème pour le bloc vis avant d’être un problème de filtre. La centrale a spécifié une protection d’admission allant au-delà du filtre panneau standard, afin que la poussière qui pénètre dans la machine soit suffisamment fine et suffisamment diluée pour éviter une usure accélérée des rotors et des paliers. La logique de refroidissement et de régulation de température a également été ajustée à la plage thermique du site, car un compresseur qui doit démarrer de manière fiable à l’aube et fonctionner pendant un écart après-midi de plus de 30 °C a besoin de paramètres de régulation qu’un ensemble pour climat tempéré ne fournit pas. Aucune de ces modifications n’est exotique, mais toutes deux relèvent du détail qui distingue un équipement qui dure d’un équipement qui devient une charge de maintenance dès la deuxième année.
La centrale a mis en place un programme de formation pratique pour l’équipe d’exploitation, couvrant les deux machines. Le contenu comprenait les séquences de démarrage et d’arrêt, les points d’inspection quotidiens, les intervalles de remplacement des filtres et du lubrifiant, la reconnaissance des conditions de fonctionnement anormales, la réponse aux urgences et les pratiques d’exploitation économes en énergie. L’accent a été mis sur les différences entre les deux groupes : la machine de base à deux étages et la machine moyenne pression ne partagent ni la même enveloppe de fonctionnement ni les mêmes déclencheurs de maintenance. Standardiser ces routines réduit le risque qu’un événement moyenne pression soit traité avec des hypothèses de charge de base — c’est là que se produisent la plupart des arrêts évitables.
La configuration à double niveau de pression fournit à la centrale une alimentation de base et une alimentation moyenne pression contrôlables indépendamment, plutôt qu’un système unique surdimensionné fonctionnant à la pression la plus élevée du site. La machine de base à deux étages assure la charge continue d’instrumentation et de procédé avec une puissance spécifique inférieure à celle d’un groupe monocylindre ; la machine moyenne pression couvre le service intermittent haute pression sans imposer ce niveau à toute la centrale. Les modifications d’admission et de refroidissement traitent les deux conditions du site — poussière et écart de température — les plus susceptibles de raccourcir la durée de vie du bloc vis. La formation relie l’équipement aux personnes qui l’exploitent, de sorte que la philosophie de régulation survive aux changements de poste.
Pour une centrale CSP, l’air comprimé représente une faible fraction du coût d’investissement, mais une part disproportionnée des arrêts intempestifs s’il est mal dimensionné. Cette installation traite le système d’air comme deux alimentations coordonnées plutôt que comme un compromis unique, et adapte les équipements comme les routines d’exploitation au site, non à une fiche catalogue.
