Les turbines à vapeur sont encore utilisées pour produire la majeure partie de l’électricité dans le monde, mais la situation évolue rapidement. Les sources d’énergie renouvelables, telles que le solaire et l’éolien, deviennent plus rentables et plus fiables, grâce aux progrès réalisés dans le domaine du stockage de l’énergie et de l’hydrogène vert.
Une autre technologie émergente qui pourrait bouleverser le marché est le dioxyde de carbone supercritique, qui permet de construire des turbines beaucoup plus petites et plus efficaces que les turbines conventionnelles.
Le dioxyde de carbone supercritique (sCO2) est un état fluide du dioxyde de carbone dont les propriétés se situent à mi-chemin entre celles d’un gaz et d’un liquide. Il promet d’être beaucoup moins cher et 10 % plus efficace que l’eau en tant que fluide, avec des turbines dix fois plus petites. Le ministère américain de l’énergie estime qu’une turbine à vapeur de 20 mètres serait réduite à un mètre (trois pieds) si elle était remplacée par une turbine à sCO2.
Pour que cela devienne une réalité, une nouvelle centrale électrique de 155 millions de dollars, d’une puissance équivalente à 10 MW, utilisant la technologie du CO2 supercritique, est en cours de construction dans le cadre d’un projet phare de l’initiative STEP du ministère de l’énergie. Le programme STEP, qui signifie Supercritical Transformational Electric Power, a été lancé en 2016 par le National Energy Technology Laboratory du ministère de l’énergie afin de faire progresser le développement et le déploiement de systèmes électriques basés sur le sCO2.
En octobre, les rubans ont été coupés à l’usine pilote STEP de San Antonio, déclarée “mécaniquement terminée” par les partenaires du projet. Le projet, une collaboration entre le Southwest Research Institute (SwRI), GTI Energy, GE Vernova et le ministère américain de l’énergie, vise à démontrer une nouvelle méthode innovante de production d’électricité plus efficace et à moindre coût.
Contrairement aux centrales électriques conventionnelles, qui utilisent l’eau comme fluide thermique dans les cycles de production d’électricité, STEP est conçu pour utiliser le sCO2 à haute température. Cela permet d’améliorer l’efficacité jusqu’à 10 %, car le sCO2 possède de meilleures propriétés thermodynamiques que l’eau.
Le dioxyde de carbone est non toxique et ininflammable et se comporte comme un fluide supercritique au-delà de sa température critique d’environ 31 °C et d’une pression critique de 74 bars. À partir de là, il commence à se comporter comme un gaz avec une densité proche de celle d’un liquide. Bien entendu, l’eau peut également être supercritique, mais cela nécessite beaucoup plus d’énergie.
La technologie du cycle énergétique du sCO2 est également compatible avec l’énergie solaire concentrée et la chaleur résiduelle industrielle.
L’utilisation du sCO2 comme fluide de travail signifie que les turbomachines de STEP Demo sont environ dix fois plus petites que les composants d’une centrale électrique conventionnelle. Cela permet de réduire l’encombrement et les coûts de construction des nouvelles installations. Une turbine sCO2 de 10 MW, de la taille d’un bureau, pourrait alimenter 10 000 foyers.
La construction du site de démonstration STEP a débuté le 15 octobre 2018, avec SwRI, GTI Energy et GE comme partenaires principaux, et la construction du bâtiment s’est achevée en 2020. Le premier fonctionnement du compresseur de CO2 supercritique a été réalisé plus tôt cette année.
Le consortium se dirige vers la mise en service de l’usine pilote, qui devrait commencer à fonctionner en 2024. Toutefois, il reste encore quelques défis et tâches à relever avant que l’usine ne soit pleinement opérationnelle.
STEP changera sans aucun doute notre façon de concevoir la production d’électricité. Il est passionnant de lancer officiellement cette centrale pilote, qui abrite une technologie potentiellement révolutionnaire développée ici même à SwRI.
Adam Hamilton, président et chef de la direction de SwRI
Source www.swri.org
