L’extraction et l’utilisation de l’énergie solaire constituent l’une des réalisations humaines les plus importantes en termes d’énergie. La principale difficulté ne réside désormais plus dans la collecte de l’énergie solaire, mais dans son stockage et sa distribution. Si ce problème peut être résolu, les industries traditionnelles des combustibles fossiles pourront être abandonnées.
SolarReserve est une entreprise qui propose d'utiliser du 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 propose de la rediriger vers des dispositifs de stockage thermique (tours). La tour énergétique recevra et stockera l’énergie. La capacité du sel fondu à rester sous forme liquide en fait un support de stockage thermique idéal..
L'objectif de l'entreprise est de prouver que sa technologie peut faire de l'énergie solaire une source d'énergie abordable et fonctionnant 566 heures sur XNUMX (comme n'importe quelle centrale électrique à combustible fossile). La lumière solaire concentrée chauffe le sel dans la tour à XNUMX °C, qui est stocké dans un réservoir géant isolé jusqu'à ce qu'il soit utilisé pour créer de la vapeur pour faire fonctionner la turbine.
Cependant, les premières choses d'abord.
début
Le technologue en chef de SolarReserve, William Gould, a passé plus de 20 ans à développer la technologie CSP (énergie solaire concentrée) aux sels fondus. Dans les années 1990, il était chef de projet pour l'installation de démonstration Solar Two, soutenue par le ministère américain de l'Énergie, dans le désert de Mojave. Une décennie plus tôt, une structure y avait été testée, confirmant les calculs théoriques sur la possibilité de production d'énergie commerciale à l'aide d'héliostats. Le défi de Gould était de développer une conception similaire utilisant du sel chauffé au lieu de la vapeur et de trouver la preuve que l'énergie pouvait être conservée.
Lors de la sélection d'un conteneur pour stocker le sel fondu, Gould a hésité entre deux options : un fabricant de chaudières ayant de l'expérience dans les centrales électriques à combustibles fossiles traditionnelles, et Rocketdyne, qui fabriquait des moteurs de fusée pour la NASA. Le choix a été fait en faveur des spécialistes des fusées. En partie parce que Gould avait travaillé au début de sa carrière comme ingénieur nucléaire pour le géant de la construction Bechtel, travaillant sur les réacteurs de San Onofre en Californie. Et il pensait qu'il ne trouverait pas de technologie plus fiable.
La tuyère d'un moteur à réaction, d'où s'échappent les gaz chauds, est en fait constituée de deux coques (intérieure et extérieure), dans les canaux fraisés desquels sont pompés les composants du carburant en phase liquide, refroidissant le métal et empêchant la tuyère de fondre. L'expérience de Rocketdyne dans le développement de dispositifs similaires et dans le domaine de la métallurgie à haute température s'est avérée utile lors du développement d'une technologie permettant d'utiliser du sel fondu dans une centrale solaire.
Le projet Solar Two de 10 MW a fonctionné avec succès pendant plusieurs années et a été mis hors service en 1999, confirmant la viabilité de l'idée. Comme l'admet William Gould lui-même, le projet présentait certains problèmes qui devaient être résolus. Mais la technologie de base utilisée dans Solar Two fonctionne également dans les stations modernes comme Crescent Dunes. Le mélange de sels de nitrate et les températures de fonctionnement sont identiques, la seule différence se situe à l'échelle de la station.
L’avantage de la technologie des sels fondus est qu’elle permet de fournir de l’électricité à la demande, et pas seulement lorsque le soleil brille. Le sel peut retenir la chaleur pendant des mois, de sorte que les journées nuageuses occasionnelles n’affectent pas la disponibilité de l’électricité. De plus, les émissions de la centrale électrique sont minimes et, bien entendu, aucun déchet dangereux n'est créé comme sous-produit du processus.
Principes de travail
La centrale solaire utilise 10 347 miroirs (héliostats) répartis sur 647,5 hectares (soit la taille de plus de 900 terrains de football) pour concentrer la lumière du soleil sur une tour centrale de 195 mètres de haut et remplie de sel. Ce sel est chauffé par les rayons du soleil jusqu'à 565°C et la chaleur est stockée puis utilisée pour convertir l'eau en vapeur et faire fonctionner des générateurs pour produire de l'électricité.
Les miroirs sont appelés héliostats car chacun peut s’incliner et tourner pour diriger avec précision son faisceau de lumière. Disposés en cercles concentriques, ils concentrent la lumière du soleil sur un « récepteur » situé au sommet de la tour centrale. La tour elle-même ne brille pas, le récepteur est noir mat. L'effet lumineux se produit précisément en raison de la concentration de lumière solaire chauffant le récipient. Le sel chaud s'écoule dans une cuve en acier inoxydable d'une capacité de 16 XNUMX m³.
héliostat
Le sel, qui ressemble et s'écoule comme de l'eau à ces températures, passe à travers un échangeur de chaleur pour produire de la vapeur nécessaire au fonctionnement d'un turbogénérateur standard. Le réservoir contient suffisamment de sel fondu pour faire fonctionner le générateur pendant 10 heures. Cela équivaut à 1100 10 mégawattheures de stockage, soit près de XNUMX fois plus que les plus grands systèmes de batteries lithium-ion installés pour stocker l’énergie renouvelable.
Manière difficile
Malgré la promesse de l’idée, on ne peut pas dire que SolarReserve ait réussi. À bien des égards, l’entreprise est restée une startup. Bien que la startup soit énergique et brillante dans tous les sens. Après tout, la première chose que vous voyez lorsque vous regardez vers la centrale électrique de Crescent Dunes est la lumière. Tellement brillant qu'il est impossible de le regarder. La source de lumière est une tour de 195 mètres qui s'élève fièrement au-dessus des territoires désertiques du Nevada, à mi-chemin entre la petite ville de Reno et Las Vegas.
À quoi ressemblait la centrale électrique aux différentes étapes de la construction
2012, début des travaux
2014, le projet est en voie d'achèvement
Décembre 2014, Crescent Dunes est presque prêt à être utilisé
Station prête
À environ une heure de route d'ici se trouve la célèbre Zone 51, une installation militaire secrète que tout Internet a menacé de prendre d'assaut cet été afin de « sauver » les extraterrestres des mains du gouvernement américain. Cette proximité 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 ou même 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 grâce à des prêts du gouvernement et à des investissements de NV Energy, la principale société de services publics du Nevada. Et la centrale électrique a été construite en 2015, soit 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 les transformateurs des héliostats, qui n'étaient pas assez puissants, tombaient souvent en panne et ne fonctionnaient pas correctement. Par conséquent, la production d’électricité à Crescent Dunes était inférieure à celle prévue au cours des premières années d’exploitation.
Il y avait une autre difficulté – avec les oiseaux. Tombant sous la « vue » de la lumière solaire concentrée, le malheureux oiseau . Selon les représentants de SolarReserve, leur centrale électrique a réussi à éviter la « crémation » régulière et massive des oiseaux. Un plan spécial a été élaboré en collaboration avec plusieurs organisations nationales pour atténuer toute menace potentielle pour la centrale électrique. Ce programme a été approuvé en 2011 et vise à réduire les risques potentiels pour les oiseaux et les chauves-souris.
Mais le plus gros problème pour Crescent Dunes était une fuite dans un réservoir de stockage de sel chaud découverte fin 2016. La technologie utilise un anneau géant soutenu par des pylônes au fond du réservoir pour distribuer le sel fondu lorsqu'il s'écoule d'un récipient. Les pylônes eux-mêmes devaient être soudés au sol et l'anneau devait pouvoir se déplacer lorsque les changements de température entraînaient la dilatation/contraction des matériaux. Au lieu de cela, en raison d’une erreur des ingénieurs, le tout a été étroitement soudé. En conséquence, avec les changements de température, le fond du réservoir s'est affaissé et a fui.
La fuite de sel fondu en elle-même n’est pas particulièrement dangereuse. Lorsqu'elle a touché la couche de gravier située sous le réservoir, la matière fondue s'est immédiatement refroidie et s'est transformée en sel. Cependant, l’arrêt de la centrale a duré huit mois. Les causes de la fuite, les responsables 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 performance de la centrale est tombée en deçà de l'objectif en 2018, avec un facteur de capacité moyen de 20,3 % par rapport à un facteur de capacité prévu de 51,9 %, C. En conséquence, le National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis a lancé une étude de coûts de 12 mois pour le projet CSP, en se concentrant sur les problèmes de performance et les coûts inattendus. En conséquence, l’entreprise a d’abord été poursuivie en justice et contrainte de changer de direction, et en 2019 elle a été complètement contrainte d’admettre son .
Ce n'est pas encore fini
Mais même cela n’a pas mis un terme 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 Mohammed bin Rashid Al Maktoum, le plus grand réseau de centrales solaires au monde, réunies dans un seul espace à Dubaï. Ou, disons, le Maroc. Il y a encore plus de jours ensoleillés là-bas qu'aux États-Unis, et donc l'efficacité de la centrale électrique devrait être plus élevée. Et les premiers résultats montrent que c’est bien le cas.
La tour CSP Noor III de 150 MW au Maroc a dépassé les objectifs de performance et de capacité de stockage au cours de ses premiers mois d'exploitation. Et le coût de financement des projets de tours de stockage d'énergie est conforme aux projections attendues, assure Xavier Lara, consultant senior chez CSP Engineering Group Empresarios Agrupados (EA).
Centrale électrique Noor III
Mise en service en décembre dernier, la centrale Noor III a démontré des performances remarquables. Noor III, installée par l'entreprise espagnole SENER et la société chinoise de construction énergétique SEPCO, est la plus grande usine à tour opérationnelle au monde et la deuxième à intégrer la technologie de stockage de sel fondu.
Les experts estiment que les premières données robustes de Noor III sur les performances, la flexibilité de génération et l'intégration du stockage devraient réduire les problèmes de fiabilité des tours CSP et du stockage et réduire le coût du capital pour les projets futurs. En Chine, le gouvernement a déjà annoncé un programme visant à créer 6000 1000 MW de CSP avec stockage. SolarReserve s'associe au groupe public Shenhua, qui construit des centrales électriques au charbon, pour développer XNUMX XNUMX MW de production de sels fondus CSP. Mais de telles tours de stockage continueront-elles à être construites ? Question.
Cependant, l’autre jour, la société Heliogen, propriété 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. Cela ouvre ainsi la possibilité d’utiliser l’énergie solaire dans la production de ciment, d’acier et de produits pétrochimiques.
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Source: habr.com