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Les fans de l’énergie solaire à concentration ont résisté à une tempête de critiques au fil des ans, mais le rêve ne mourra tout simplement pas. Ils parlent d’une installation de 100 mégawatts qui peut fournir de l’électricité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, tout comme une centrale nucléaire, mais sans le facteur de risque et le prix fantaisiste. C’est beaucoup demander, mais le département américain de l’énergie s’est accroché à une nouvelle technologie à base de céramique qui pourrait livrer la marchandise.
Les hauts et les bas de l’énergie solaire à concentration
Pour ceux d’entre vous qui découvrent le sujet, les centrales solaires à concentration n’utilisent pas de panneaux photovoltaïques conventionnels pour collecter l’énergie solaire. Au lieu de cela, ils déploient un champ de miroirs spécialisés qui font rebondir la lumière du soleil sur un point central. L’énergie solaire chauffe un stockage d’huile spécialisée ou de sel fondu, qui est ensuite acheminé vers une centrale électrique où il peut faire fonctionner une turbine.
Si cela semble coûteux, inefficace et compliqué, cela peut l’être. Même ainsi, l’énergie solaire à concentration s’est propagée ailleurs dans le monde. L’avantage est que le milieu absorbant l’énergie, qu’il s’agisse d’huile ou de sel, agit également comme un réservoir de stockage d’énergie intégré, permettant aux turbines de continuer à tourner longtemps après le coucher du soleil.
S’implanter ici aux États-Unis est une autre paire de manches. L’administration Obama a présenté un groupe de cinq centrales CSP dans le sud-ouest, mais le programme n’a pas suscité beaucoup d’intérêt chez les investisseurs privés.
Le Département de l’énergie est retourné à la planche à dessin en 2015 et a proposé un programme appelé CSP : APOLLO. Le programme vise à identifier de nouvelles technologies et de nouveaux systèmes pouvant assurer un fonctionnement à haute température, définie comme supérieure à 720 °C, l’idée étant que des températures plus élevées peuvent entraîner des améliorations de l’efficacité tout en réduisant les coûts. L’objectif officiel est un minimum de 50% d’efficacité de conversion thermique-électrique, que le Département de l’énergie décrit comme « considérablement plus efficace que la technologie actuelle ».
Une astuce étrange pourrait rendre possible la concentration de l’énergie solaire : la céramique
Curieusement, l’administration Trump a continué à soutenir les travaux de R&D du département de l’énergie sur l’énergie solaire à concentration à haute température, malgré la promesse maintes fois répétée de l’ancien président de sauver les emplois dans le charbon et de créer également davantage d’emplois dans l’énergie nucléaire.
Au cours de la première année de mandat de Trump, Clean Technica a eu vent d’un article du Département de l’énergie vantant les avantages des installations CSP. L’article mentionnait environ 62 millions de dollars de financement pour un nouveau programme appelé Generation 3 CSP Systems, et c’est là que les choses deviennent intéressantes.
Gen 3 CSP se concentre sur l’identification de nouvelles technologies à haute température qui ont réussi à l’échelle du laboratoire et sur leur assemblage dans des systèmes qui peuvent être testés sur le terrain dans diverses conditions.
« Cela comprend le développement d’une installation de test qui permet à diverses équipes de chercheurs, laboratoires, développeurs et fabricants d’éliminer les principaux risques technologiques pour la technologie CSP de prochaine génération et de permettre la réduction du coût actualisé de l’énergie (LCOE) pour l’électricité produite par CSP. à 6 ¢/kWh ou moins, sans subventions, d’ici la fin de la décennie », explique le département de l’Énergie.
En 2018, certains des nouveaux projets CSP Gen 3 ont commencé à traverser le Clean Technica radar de manière régulière, dont un système innovant de « chute de particules » basé sur la gravité et la céramique, développé par Sandia National Laboratories. Nous avons également eu l’occasion de discuter avec les experts d’un autre projet impliquant de nouveaux alliages pour les installations CSP à haute température.
Une nouvelle aube pour CSP
Un autre centre d’attention du département de l’énergie est l’entreprise Bill Gates CSP Heliogen, qui est sortie du mode furtif en 2019 avec pour objectif de fonctionner à 1 000 degrés centigrades.
La dernière fois que nous sommes arrivés chez Heliogen, ils étaient sur la bonne voie pour installer leur système CSP pour aider à réduire les émissions dans une mine de bore en Californie.
C’était en 2021. Si vous avez des nouvelles de dernière heure sur le projet, envoyez-nous une note dans le fil de commentaires. Pendant ce temps, il semble que le Sandia National Laboratory soit parti pour les courses. La semaine dernière, le département de l’énergie a annoncé qu’il avait sélectionné Sandia pour un prix de 25 millions de dollars visant à construire, tester et exploiter un nouveau système CSP au National Solar Thermal Test Facility de l’agence à Albuquerque, au Nouveau-Mexique.
Le nouveau système d’énergie solaire à concentration culmine à un financement total de 100 millions de dollars pour le CSP à haute température. Il présentera la technologie de particules tombantes de Sandia, qui peut fonctionner à des températures supérieures à 800°C.
« Ces particules peuvent être utilisées pour transférer et stocker de la chaleur ou alimenter une turbine à dioxyde de carbone supercritique (sCO2). En cas de succès, ce type de centrale solaire pourrait fournir 100 mégawatts d’électricité en continu, 24 heures sur 24, à faible coût », s’est enthousiasmé le ministère de l’Énergie, ajoutant que son objectif d’électricité plus stockage est de 5 cents par kilowattheure.
Attendez, quelles particules ?
Le DOE a empilé l’approche particulaire par rapport à d’autres systèmes et identifié plusieurs avantages clés.
« Après cet examen, le DOE a déterminé que les systèmes à base de particules nécessitent moins de composants et sont moins complexes à utiliser que les systèmes à base de liquide et de gaz », ont-ils expliqué. « De plus, les systèmes à base de particules nécessitent relativement peu de matériaux coûteux pour collecter et transporter l’énergie thermique. Ces facteurs pourraient augmenter la disponibilité et la fiabilité de l’usine et permettre une construction et une mise en service plus simples.
Le DOE a également noté que la technologie à base de particules pourrait aider à décarboniser les industries qui dépendent d’une chaleur de procédé élevée de plus de 800 ° Celsius, en plus de générer de l’électricité.
Quant aux particules elles-mêmes, elles sont à base d’oxyde d’aluminium et enregistrent un diamètre de seulement 300 micromètres chacune.
« Les particules chauffées sont ensuite stockées dans un bac isolé avant de passer dans un échangeur de chaleur particule-fluide de travail. Le fluide de travail de l’échangeur de chaleur simulera un cycle de Brayton à haut rendement utilisant du dioxyde de carbone supercritique (sCO2) avec une température de sortie de 720 °C », explique le DOE, « Ensuite, les particules refroidies sont collectées et renvoyées vers le haut du récepteur via un élévateur à godets ou un palan à benne. »
Cela semble toujours compliqué et coûteux, mais apparemment pas le cas. Si vous avez compris ce truc sur le dioxyde de carbone supercritique, c’est en partie la raison. Le dioxyde de carbone supercritique (sCO2) est la forme liquide du CO2. Lorsqu’il est déployé pour faire fonctionner une turbine, le sCO2 peut apporter des gains d’efficacité et une empreinte beaucoup plus compacte, ce qui entraîne une réduction des coûts.
Le département de l’énergie prévoit que la configuration de l’énergie solaire à concentration de particules en chute pourrait produire 100 mégawatts d’énergie à faible coût 24 heures sur 24.
Si les investisseurs privés étaient auparavant réticents à concentrer l’énergie solaire aux États-Unis, ils pourraient changer d’avis après 2024, lorsque le système Sandia devrait être opérationnel.
Pendant ce temps, Heliogen semble traverser une période difficile, mais plus tôt ce mois-ci, la société a annoncé un nouveau PDG, Christie Obiaya, qui a un plan pour changer les choses. En plus de son expérience dans le développement de projets liés à l’énergie, Mme Obiaya est ingénieur avec un BS en génie chimique du MIT.
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Photo (recadrée): Le Nouveau-Mexique accueillera une nouvelle centrale solaire à concentration pour présenter la technologie des particules tombantes, avec l’aimable autorisation du Département américain de l’énergie.
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