Le Southwest Research Institute a travaillé avec des collaborateurs gouvernementaux et commerciaux pour développer et démontrer avec succès des turbomachines en grandeur réelle pour l’un des premiers systèmes d’alimentation en dioxyde de carbone supercritique (sCO2) au monde pour une centrale solaire concentrée (CSP). Cette technologie combine des cycles de production d’énergie au dioxyde de carbone supercritique avec un stockage d’énergie thermique intégré.
Le projet a été soutenu par le programme APOLLO du ministère américain de l’énergie, qui a été créé pour améliorer les performances et réduire le coût de l’électricité produite par les centrales CSP. La turbomachine sCO2 de 10 MW a réussi des tests de performance et d’endurance dans un environnement en boucle fermée.
Le sCO2 est du dioxyde de carbone maintenu au-dessus d’une température et d’une pression critiques, ce qui lui permet de se comporter comme un gaz tout en ayant la densité d’un liquide. Il est également non toxique et ininflammable, et a été utilisé dans les processus de nettoyage à sec, les systèmes de réfrigération à faible taux de gaz à effet de serre, ainsi que pour décaféiner le café.
Les propriétés du fluide dans son état supercritique font du sCO2 un fluide très efficace pour générer de l’énergie en raison de sa densité élevée, de sa faible viscosité et de ses propriétés de transfert de chaleur favorables.
“La progression du stockage de l’énergie à l’échelle du réseau est une étape importante pour permettre la pénétration complète des énergies renouvelables dans la production d’électricité. L’utilisation de sCO2 comme fluide de travail peut augmenter l’efficacité d’une centrale CSP de 10 points de pourcentage”, a déclaré Jason Wilkes, directeur de la section Dynamique des machines tournantes du SwRI. “Le rendement élevé du cycle sCO2 permet également à la turbomachine d’avoir un encombrement réduit – elle fait 1/20e de la taille d’une turbine à vapeur standard, ce qui permet une installation améliorée dans la plupart des environnements.”
La technologie CSP utilise des miroirs ou des lentilles pour concentrer une grande quantité de lumière solaire sur un récepteur, qui convertit généralement la lumière concentrée en chaleur et extrait l’énergie thermique pour générer de l’électricité à l’aide de turbines à vapeur. Le système stocke l’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être convertie en énergie à la demande à l’aide de cycles de production de sCO2, ce qui améliore l’efficacité et réduit les coûts d’exploitation.
“La technologie des cycles de production d’énergie sCO2 est une fraction de la taille des turbomachines conventionnelles, offrant des performances améliorées pour de nombreuses applications. La démonstration réussie à l’échelle du MW de la technologie sCO2 dans des conditions de cycle complet est une étape importante”, a déclaré le Dr Tim Allison, directeur du département Machines du SwRI.
Le SwRI et Hanwha Power Systems, une entreprise mondiale d’équipements énergétiques dont le siège est en Corée du Sud, ont développé et démontré la nouvelle turbomachine sCO2 à engrenage intégral, testée dans des conditions de compresseur à l’échelle réelle et dans des conditions de pression et de température complètes de la turbine dans des conditions sans précédent à l’échelle du MW, jusqu’à 720 °C et 275 bars. Il est prévu d’intégrer le système dans une usine pilote CSP à une date ultérieure.
Ce matériel est basé sur le travail soutenu par le Département de l’énergie, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), sous le numéro d’attribution DE-0007114.
