L'exploitation et l'utilisation de l'énergie solaire sont l'un des plus grands accomplissements de l'humanité en matière d'énergie. La principale difficulté réside désormais non seulement dans la collecte de l'énergie solaire, mais aussi dans son stockage et sa distribution. Si ce problème est résolu, les installations traditionnelles fonctionnant avec des combustibles fossiles pourront être mises à la retraite.
SolarReserve est une entreprise qui propose d'utiliser du sel fondu dans les centrales solaires et qui travaille sur une solution alternative pour les problèmes de stockage. Au lieu d'utiliser l'énergie solaire pour produire de l'électricité et de la stocker dans des panneaux solaires, SolarReserve propose de la rediriger vers des accumulateurs thermiques (tours). La tour énergétique recevra et stockera l'énergie. La capacité du sel fondu à rester à l'état liquide en fait un excellent moyen de stockage thermique.
L'objectif de l'entreprise est de prouver que sa technologie peut rendre l'énergie solaire accessible comme source d'énergie fonctionnant 24h/24 (comme toute centrale électrique fonctionnant avec des combustibles fossiles). La lumière solaire concentrée chauffe le sel à 566 °C dans la tour, et il est stocké dans un gigantesque réservoir isolé jusqu'à ce qu'il soit utilisé pour produire de la vapeur pour faire tourner une turbine.
Cependant, commençons par le commencement.
Début
Le directeur technique de SolarReserve, William Gould, a consacré plus de 20 ans au développement de la technologie CSP (concentrated solar power) avec du sel fondu. Dans les années 1990, il était responsable du projet de l'installation de démonstration Solar Two, construite avec le soutien du ministère de l'Énergie des États-Unis dans le désert de Mojave. Une décennie plus tôt, un édifice avait été testé au même endroit, confirmant les calculs théoriques sur la possibilité de production d'énergie commerciale à l'aide de héliostats. La tâche de Gould était de concevoir un projet similaire, remplaçant la vapeur par du sel chauffé, et de trouver des preuves que l'énergie peut être stockée.
Lors du choix de la capacité de stockage pour le sel fondu, Gould hésitait entre deux options : un fabricant de chaudières ayant de l'expérience dans les centrales électriques traditionnelles fonctionnant au combustible fossile, et la société Rocketdyne, qui fabriquait des moteurs de fusée pour la NASA. Le choix s'est porté sur les constructeurs de fusées, en partie parce qu'au début de sa carrière, Gould avait travaillé comme ingénieur nucléaire dans le géant de la construction Bechtel, qui s'occupait des centrales nucléaires de San Onofre en Californie. Il était convaincu qu'aucune technologie plus fiable ne pouvait être trouvée.
La buse du moteur à réaction, à partir de laquelle jaillissent des gaz chauds, est en réalité composée de deux enveloppes (intérieure et extérieure), dans lesquelles des canaux fraisés transportent les composants du carburant sous forme liquide, refroidissant le métal et empêchant la buse de fondre. L'expérience de Rocketdyne dans le développement de dispositifs similaires et son travail dans le domaine de la métallurgie à haute température ont été précieux pour développer la technologie d'utilisation du sel fondu dans une centrale solaire.
Le projet Solar Two d'une puissance de 10 MW a fonctionné avec succès pendant plusieurs années et a été mis hors service en 1999, confirmant la faisabilité de l'idée. Comme le reconnaît lui-même William Gould, le projet avait certains problèmes à résoudre. Mais la technologie principale utilisée dans Solar Two fonctionne également dans des centrales modernes comme Crescent Dunes. Le mélange de sels nitrés et des températures de fonctionnement sont identiques, la seule différence étant l'échelle de la centrale.
L'avantage de la technologie d'utilisation du sel fondu réside dans sa capacité à fournir de l'énergie à la demande, et non seulement lorsque le soleil brille. Le sel peut conserver la chaleur pendant plusieurs mois, donc un jour nuageux occasionnel n'affecte pas la disponibilité de l'électricité. De plus, les émissions de la centrale sont minimales et il n'y a bien sûr aucun déchet dangereux produit comme sous-produit du processus.
Principes de fonctionnement
La centrale solaire utilise 10 347 miroirs (héliostats), installés sur 647,5 hectares (plus de 900 terrains de football), pour concentrer la lumière solaire sur une tour centrale de 195 mètres de hauteur remplie de sel fondu. Ce sel est chauffé par les rayons du soleil jusqu'à 565 °C, et la chaleur est stockée, puis utilisée pour transformer l'eau en vapeur et alimenter des générateurs produisant de l'électricité.
Les miroirs sont appelés héliostats, car chacun d'eux peut s'incliner et pivoter pour diriger précisément son faisceau de lumière. Disposés en cercles concentriques, ils concentrent la lumière solaire sur le « récepteur » au sommet de la tour centrale. La tour elle-même ne brille pas, le récepteur est de couleur noir mat. L'effet de brillance est dû à la concentration des rayons solaires qui chauffent le réservoir. Le sel chaud s'écoule dans un réservoir en acier inoxydable d'une capacité de 16 000 m³.
Héliostat
Le sel, qui à ces températures ressemble et coule presque comme de l'eau, traverse un échangeur de chaleur pour produire de la vapeur pour faire fonctionner un turbogénérateur standard. Le réservoir contient suffisamment de sel fondu pour faire fonctionner le générateur pendant 10 heures. Cela représente 1 100 mégawattheures de stockage, soit presque 10 fois plus que les plus grands systèmes de batteries lithium-ion qui ont été installés pour stocker de l'énergie renouvelable.
Un chemin difficile
Malgré le potentiel de l'idée, il ne faut pas dire que SolarReserve a réussi. Dans de nombreux aspects, l'entreprise est restée une startup. Pourtant, une startup dynamique et brillante en tous sens. Car la première chose que vous remarquerez en regardant la centrale de Crescent Dunes, c'est la lumière. Si brillante qu'il est impossible de la regarder. La source de lumière est la tour de 195 mètres, s'élevant majestueusement au-dessus des terres désertiques du Nevada, à peu près à mi-chemin entre la petite ville de Reno et Las Vegas.
À quoi ressemblait la centrale à différentes étapes de construction
2012, début de la construction
2014, le projet est presque achevé
Décembre 2014, Crescent Dunes presque prêt à être opérationnel
Centrale achevée
À environ une heure de route se trouve la célèbre Zone 51, une installation militaire secrète que cet été tout internet menaçait de stormer pour « sauver » les extraterrestres des griffes du gouvernement américain. Ce voisinage amène les voyageurs, ayant vu une luminosité inhabituelle, à demander aux habitants s'ils sont témoins de quelque chose d'inusual ou même d'extraterrestre. Ils sont ensuite sincèrement déçus 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 grâce à des prêts du gouvernement et des investissements de NV Energy, la principale entreprise de services publics du Nevada. La centrale a été achevée en 2015, environ deux ans plus tard que prévu. Mais même après sa construction, tout ne s'est pas déroulé comme prévu. Par exemple, au cours des deux premières années, les pompes et les transformateurs pour les héliostats ont souvent tombé en panne et ne fonctionnaient pas correctement, car ils n'étaient pas assez puissants. Par conséquent, la puissance de sortie à Crescent Dunes était inférieure à celle prévue durant les premières années d'exploitation.
Il y avait aussi une autre difficulté - avec les oiseaux. En tombant sous le « viseur » de la lumière solaire concentrée, un pauvre oiseau . Selon les représentants de SolarReserve, leur centrale 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. Ce programme a été approuvé en 2011 et vise à réduire le risque potentiel pour les oiseaux et les chauves-souris.
Mais le plus grand problème pour Crescent Dunes a été la fuite dans le réservoir de stockage de sel chaud, découverte à la fin de 2016. Selon la technologie, un gigantesque anneau, reposant sur des poteaux au fond du réservoir, distribue le sel fondu au fur et à mesure de son arrivée du récepteur. Les poteaux devaient être soudés au sol, et l'anneau devait avoir la possibilité de se décaler, car les variations de température provoquent l'expansion/compression des matériaux. Au lieu de cela, en raison d'une erreur des ingénieurs, tout cela a été soudé ensemble de manière rigide. En conséquence, lors des changements de température, le fond du réservoir se déformait et fuyait.
Une fuite de sel fondu en soi ne représente pas un danger particulier. Lorsqu'il atteint la couche de gravier sous le réservoir, le fondu se refroidit immédiatement et se transforme en sel. Cependant, l'arrêt de la centrale électrique a duré huit mois. Les causes de la fuite, les responsables de l'incident, les conséquences de l'accident et d'autres questions ont été examinés.
Les ennuis de SolarReserve ne se sont pas arrêtés là. La performance de la centrale électrique s'est avérée inférieure à celle prévue en 2018, avec un coefficient de performance moyen de 20,3 % comparé à un coefficient de 51,9 % prévu. En conséquence, le Laboratoire National des Énergies Renouvelables des États-Unis (NREL) a lancé une étude de 12 mois sur le coût du projet CSP, en se concentrant sur les problèmes de performance et les dépenses imprévues. En fin de compte, l'entreprise a d'abord été poursuivie en justice et contrainte de changer de direction, et en 2019, elle a même été forcée de déclarer son .
Cela ne représente pas encore la fin
Mais même cela n'a pas mis un terme au développement de la technologie. En effet, des projets similaires existent également dans d'autres pays. Par exemple, des technologies similaires sont utilisées dans le parc solaire Mohammed bin Rashid Al Maktoum — le plus grand réseau mondial de centrales solaires regroupées en un seul espace à Dubaï. Ou, par exemple, au Maroc. Il y a encore plus de jours ensoleillés qu'aux États-Unis, de sorte que l'efficacité de la centrale devrait être supérieure. Et les premiers résultats montrent que c'est effectivement le cas.
La tour CSP Noor III d'une capacité de 150 MW au Maroc a dépassé les performances prévues et le remplissage du stockage durant les premiers mois d'exploitation. De plus, les coûts de financement des projets de stockage d'énergie dans la tour correspondent aux prévisions attendues, assure Xavier Lara, consultant senior en CSP du groupe d'ingénierie Empresarios Agrupados (EA).
Centrale Noor III
Lancée en décembre dernier, la centrale Noor III montre une performance remarquable. Noor III, installée par la société espagnole SENER et la corporation chinoise SEPCO, est la plus grande centrale à torre opérationnelle au monde et la deuxième en ce qui concerne l'intégration de la technologie de stockage de sel fondu.
Les experts estiment que des données fiables sur la performance de Noor III en termes de performance, de flexibilité de génération et d'intégration des systèmes de stockage devraient réduire les problèmes de fiabilité des tours CSP et des installations de stockage, tout en diminuant le coût du capital pour de futurs projets. En Chine, le gouvernement a déjà annoncé un programme de création de 6000 MW de CSP avec stockage. SolarReserve collabore avec la société d'État Shenhua Group, qui construit des centrales électriques fonctionnant au charbon, pour développer 1000 MW de production CSP utilisant du sel fondu. Mais ces tours de stockage seront-elles construites à l'avenir ? C'est la question.
Cependant, tout récemment, la société Heliogen, appartenant à Bill Gates, a annoncé sa percée dans l'utilisation de l'énergie solaire concentrée. Heliogen a réussi à augmenter la température de 565 °C à 1000 °C, ouvrant ainsi la possibilité d'utiliser l'énergie solaire dans la production de ciment, d'acier et de produits pétrochimiques.
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Une centrale à sel fondu est
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Source : habr.com
