Énergie solaire salée

L'extraction et l'utilisation de l'énergie solaire est l'une des réalisations les plus importantes de l'homme du point de vue de l'énergie. Aujourd'hui, la principale difficulté n'est même pas de collecter l'énergie solaire, mais de la stocker et de la distribuer. Si ce problème peut être résolu, les entreprises traditionnelles de combustibles fossiles peuvent être retirées.

SolarReserve est une entreprise qui propose l'utilisation de sel fondu dans les centrales solaires et travaille sur une solution alternative aux problèmes de stockage. Au lieu d'utiliser l'énergie solaire pour produire de l'électricité puis la stocker dans des panneaux solaires, SolarReserve suggère de la rediriger vers des dispositifs de stockage de chaleur (tours). La tour d'énergie recevra et emmagasinera l'énergie. La capacité du sel fondu à rester sous forme liquide en fait le parfait produit de stockage thermique .

L'objectif de l'entreprise est de prouver que sa technologie peut faire de l'énergie solaire une source d'énergie abordable, fonctionnant 24 heures sur 24 (comme dans toute centrale électrique à combustibles fossiles). La lumière solaire concentrée chauffe le sel dans la tour à 566 ° C, et il est stocké dans un réservoir géant isolé jusqu'à ce qu'il soit utilisé pour créer de la vapeur pour démarrer la turbine.

Cependant, tout d'abord.

Commencer

Le technologue en chef de SolarReserve, William Gould, a passé plus de 20 ans à développer la technologie CSP (énergie solaire concentrée) avec du sel fondu. Dans les années 1990, il était chef de projet pour la centrale de démonstration Solar Two, construite avec le soutien du département américain de l'Énergie dans le désert de Mojave. Une décennie plus tôt, le bâtiment y avait été vérifié, ce qui a confirmé les calculs théoriques sur la possibilité de production d'énergie commerciale à l'aide d'héliostats. La tâche de Gould était de développer un projet similaire dans lequel du sel chauffé est utilisé à la place de la vapeur, et également de trouver des preuves que l'énergie peut être stockée.

Lors du choix d'un réservoir pour stocker le sel fondu, Gould a hésité entre deux options: un fabricant de chaudières ayant une expérience dans les centrales électriques à combustibles fossiles et Rocketdyne, qui a produit des moteurs-fusées pour la NASA. Le choix a été fait en faveur des spécialistes des fusées. En partie dû au fait qu'au début de sa carrière, Gould a travaillé comme ingénieur nucléaire dans l'entreprise de construction géante Bechtel, qui a travaillé sur les réacteurs de Californie à San Onofre. Et il pensait qu'il ne trouverait pas de technologie plus fiable.

La buse du turboréacteur, d'où s'échappent les gaz chauds, se compose en fait de deux coquilles (interne et externe), dans les canaux fraisés dont les composants de carburant sont pompés en phase liquide, refroidissant le métal et empêchant la buse de fondre. L’expérience de Rocketdyne dans le développement de tels dispositifs et le travail dans le domaine de la métallurgie à haute température ont été utiles pour développer une technologie pour l’utilisation du sel fondu dans une centrale solaire.

Le projet Solar Two de 10 MW fonctionne avec succès depuis plusieurs années et a été déclassé en 1999, confirmant la viabilité de l'idée. Comme William Gould l'admet lui-même, le projet a connu quelques problèmes qui devaient être résolus. Mais la technologie de base utilisée dans Solar Two fonctionne également dans des stations modernes comme Crescent Dunes. Le mélange de sels de nitrate et les températures de fonctionnement sont identiques, la différence ne concerne que l'échelle de la station.

L'avantage de la technologie du sel fondu est qu'elle vous permet de fournir de l'électricité à la demande, et pas seulement lorsque le soleil brille. Le sel peut retenir la chaleur pendant plusieurs mois, donc parfois une journée nuageuse n'affecte pas la disponibilité de l'électricité. De plus, les émissions de la centrale électrique sont minimes et, bien sûr, aucun déchet dangereux n'est généré comme sous-produit du processus.

Principes de fonctionnement

La centrale solaire utilise 10 347 miroirs (héliostats) installés sur 647,5 hectares (soit plus de 900 terrains de football) pour concentrer la lumière du soleil sur une tour centrale de 195 mètres de haut et remplie de «farce» de sel. Ce sel est chauffé par le soleil à 565 ° C, et la chaleur est stockée puis utilisée pour convertir l'eau en vapeur et pour faire fonctionner des générateurs qui produisent de l'électricité.



Les miroirs sont appelés héliostats, car chacun d'eux peut être incliné et tourné pour diriger avec précision son faisceau de lumière. Situés dans des cercles concentriques, ils concentrent la lumière du soleil sur le «récepteur» dans la partie supérieure de la tour centrale. La tour elle-même n'est pas éclairée, le récepteur a une couleur noire mate. L'effet de lueur résulte précisément de la concentration de lumière solaire qui chauffe le réservoir. Le sel chaud s'écoule dans un réservoir en acier inoxydable d'une capacité de 16 000 m³.


Héliostat

Le sel, qui regarde et s'écoule à ces températures de la même manière que l'eau, passe à travers un échangeur de chaleur pour produire de la vapeur pour un turbogénérateur standard. Le réservoir contient suffisamment de sel fondu pour faire fonctionner le générateur pendant 10 heures. Cela équivaut à 1 100 mégawattheures de stockage, soit près de 10 fois plus que les plus grands systèmes de batterie lithium-ion installés pour stocker l'énergie renouvelable.

Chemin difficile

Malgré la promesse de l'idée, on ne peut pas dire que SolarReserve a réussi. À bien des égards, l'entreprise est restée une startup. Bien qu'une startup énergique et dynamique dans tous les sens. Après tout, la première chose que vous verrez en regardant vers la centrale électrique de Crescent Dunes est la lumière. Si brillant qu'il est impossible de le regarder. La tour de 195 mètres, dominant fièrement les territoires désertiques du Nevada à mi-chemin entre la petite ville de Reno et Las Vegas, sert de source de lumière.


À environ une heure de route d'ici se trouve la célèbre Zone 51, une installation militaire secrète qu'ils ont menacé de prendre d'assaut sur Internet cet été afin de «sauver» les étrangers des mains du gouvernement américain. Un tel quartier conduit au fait que les voyageurs qui voient une lueur inhabituellement brillante demandent parfois aux résidents locaux s'ils ont été témoins de quelque chose d'inhabituel, voire d'étranger. Et puis, ils sont sincèrement bouleversés d'apprendre qu'il ne s'agit que d'une centrale solaire, entourée d'un champ de miroirs de près de 3 km de large.

La construction de Crescent Dunes a commencé en 2011 avec des prêts du gouvernement et des investissements de NV Energy, la principale société de services publics du Nevada. Et ils ont construit une centrale électrique en 2015, environ deux ans plus tard que prévu. Mais même après la construction, tout ne s'est pas bien passé. Par exemple, au cours des deux premières années, les pompes et transformateurs pour héliostats, qui n'étaient pas assez puissants, sont souvent tombés en panne et n'ont pas fonctionné correctement. Par conséquent, la puissance de sortie de Crescent Dunes était inférieure à ce qui était prévu au cours des premières années d'exploitation.

Il y avait encore une difficulté - avec les oiseaux. Sous la «vue» de la lumière solaire concentrée, le malheureux oiseau s'est transformé en poussière . Selon des représentants de SolarReserve, leur centrale électrique a réussi à éviter la «crémation» régulière et massive des oiseaux. En collaboration avec plusieurs organisations nationales, un plan spécial a été élaboré pour atténuer toute menace potentielle pour la centrale électrique. Ce programme a été approuvé en 2011 et est conçu pour réduire le risque potentiel pour les oiseaux et les chauves-souris.

Mais le plus gros problème pour Crescent Dunes était une fuite dans le réservoir de stockage de sel chaud, découverte fin 2016. Selon la technologie, un anneau géant reposant sur des pylônes au fond du réservoir distribue du sel fondu à son arrivée du récepteur. Les pylônes eux-mêmes devaient être soudés au sol, et la possibilité de déplacement était nécessaire pour l'anneau, car les changements de température provoquent une expansion / contraction des matériaux. Au lieu de cela, en raison d'une erreur commise par les ingénieurs, toute la ferme a été bouillie ensemble. En conséquence, avec les changements de température, le fond du réservoir s'est affaissé et a fui.

La fuite de sel fondu en soi n'est pas particulièrement dangereuse. Quand il pénètre dans la couche de gravier sous le réservoir, la fonte fondit immédiatement en se transformant en sel. Cependant, la fermeture de la centrale a été retardée de huit mois. Les causes de la fuite, les auteurs de l'incident, les conséquences de l'urgence et d'autres problèmes ont été étudiés.

Les problèmes de SolarReserve ne se sont pas arrêtés là. La capacité de l'usine était inférieure à celle prévue en 2018, avec un facteur de puissance moyen de 20,3% par rapport au facteur de puissance prévu de 51,9%, C.En conséquence, le National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis a lancé une étude de 12 mois sur le coût du projet CSP, se concentrant sur les problèmes de performance et les imprévus. En conséquence, l'entreprise a d'abord été poursuivie et forcée de changer de direction, et en 2019, elle a été forcée d'admettre sa faillite .

Ce n'est pas encore fini

Mais même cela n'a pas mis fin au développement de la technologie. Après tout, il existe des projets similaires dans d'autres pays. Par exemple, des technologies similaires sont utilisées dans le parc solaire du nom de Mohammed Ibn Rashid Al Maktoum - le plus grand réseau de centrales solaires au monde, réunis en un seul espace à Dubaï. Ou, disons, le Maroc. Il y a encore plus de jours ensoleillés qu'aux États-Unis, et donc l'efficacité de la centrale devrait être plus élevée. Et les premiers résultats montrent que c'est vrai.

La tour CSP Noor III de 150 mégawatts au Maroc a dépassé sa capacité et sa capacité de stockage prévues au cours des premiers mois d'exploitation. Et les coûts de financement des projets de stockage d'énergie des tours sont conformes aux attentes, explique Xavier Lara, consultant senior, CSP Empresarios Agrupados Engineering Group (EA).


Lancée en décembre dernier, la centrale Noor III affiche des performances remarquables. Noor III, créée par l'espagnol SENER et la société chinoise de construction d'énergie SEPCO, est la plus grande usine de tours opérationnelles au monde et la deuxième plus grande intégration de technologie de stockage de sel fondu.

Les experts estiment que les premières données de performance Noor III fiables sur les performances, la flexibilité de génération et l'intégration du stockage devraient réduire les problèmes de fiabilité de la tour CSP et du stockage et réduire le coût du capital pour les futurs projets. En Chine, le gouvernement a déjà annoncé un programme de création d'un CSP de 6 000 MW avec stockage. SolarReserve s'associe au groupe public Shenhua, une centrale électrique au charbon, pour développer 1 000 MW de production de sel fondu CSP. Mais ces tours de stockage seront-elles encore construites? Question

Cependant, juste l'autre jour, la société Heliogen de Bill Gates a annoncé sa percée dans l'utilisation de l'énergie solaire concentrée. Heliogen a pu augmenter la température de 565 ° C à 1000 ° C. Ainsi, ouvrant la possibilité d'utiliser l'énergie solaire dans la production de ciment, d'acier, de produits pétrochimiques.

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