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La technologie solaire thermique pose des défis pour la Californie frappée par la sécheresse
L'objectif ambitieux de la Californie d'obtenir un tiers de son électricité à partir de sources d'énergie renouvelables d'ici 2030 est mis à l'épreuve par son année la plus sèche jamais enregistrée, dans le cadre d'une sécheresse pluriannuelle qui met sérieusement à rude épreuve l'approvisionnement en eau. Le plan de l'État s'appuie fortement sur la technologie solaire thermique, mais ce type d'énergie solaire consomme également généralement d'énormes quantités d'eau.
Puissance de séchage : À la centrale solaire thermique d'Ivanpah dans un désert californien, une tour est éclairée par la lumière solaire concentrée provenant de milliers de miroirs.
La sécheresse oblige déjà les développeurs de centrales solaires thermiques à utiliser des approches alternatives de refroidissement pour réduire la consommation d'eau. Cela augmentera les coûts et diminuera la production d'électricité, en particulier pendant les mois d'été lorsque la demande d'électricité est élevée. Plusieurs groupes de recherche à travers le pays développent des moyens de réduire ces coûts et d'éviter les réductions de la puissance de sortie.
Les centrales solaires thermiques utilisent de grands champs de miroirs pour concentrer la lumière du soleil et chauffer l'eau, produisant de la vapeur qui fait tourner les turbines des centrales électriques. Les services publics les aiment parce que leur puissance de sortie est beaucoup moins variable que celle des banques de panneaux solaires (voir BrightSource pousse de l'avant sur une autre centrale thermique solaire massive et des modèles informatiques plus précis ouvrent la voie à plus d'énergie éolienne).
Les inconvénients sont que les centrales solaires thermiques génèrent de grandes quantités de chaleur perdue et consomment beaucoup d'eau pour le refroidissement, qui se fait généralement par évaporation de l'eau. Les centrales solaires thermiques peuvent consommer deux fois plus d'eau que les centrales électriques à combustibles fossiles, et un projet solaire thermique récemment proposé aurait consommé environ 500 millions de gallons d'eau par an.
Une technologie appelée refroidissement à sec, qui a commencé à apparaître dans les centrales électriques au cours des 10 dernières années environ, peut réduire cette consommation d'eau de 90 %. Au lieu d'évaporer l'eau pour refroidir l'usine, la technologie maintient l'eau contenue dans un système fermé. En refroidissant la centrale électrique, l'eau se réchauffe et circule ensuite dans d'énormes tours de refroidissement de huit étages qui fonctionnent un peu comme le radiateur d'une voiture.
La technologie de refroidissement à sec coûte de deux et demi à cinq fois plus cher que les systèmes de refroidissement par évaporation conventionnels. Et cela ne fonctionne pas bien par temps chaud, obligeant parfois les opérateurs de centrales électriques à réduire la production d'électricité. En été, cela peut réduire la production d'électricité de 10 à 15 pour cent, dit Jessica Shi , directeur de programme technique à l'Electric Power Research Institute. Lors des journées extrêmement chaudes, la production d'électricité peut être encore plus réduite que cela.
Une approche pour résoudre ce problème consiste à surdimensionner le système de refroidissement afin qu'il puisse fournir suffisamment de refroidissement même par temps chaud. C'est l'approche adoptée par les développeurs de la nouvelle centrale solaire thermique d'Ivanpah, en Californie, qui est sur le point de démarrer la production (voir La plus grande centrale solaire thermique au monde fournit de l'électricité pour la première fois). Mais cela augmente le coût d'un système déjà coûteux.
Plus d'une douzaine de groupes de recherche financés par l'Electric Power Research Institute et le Fondation nationale de la science développent des moyens d'éviter les problèmes actuels avec la technologie de refroidissement à sec. Un projet utilise un système de refroidissement par évaporation conventionnel mais capte la vapeur d'eau pour la réutiliser. D'autres s'efforcent d'améliorer l'efficacité des tours de refroidissement sèches afin qu'elles puissent être plus petites et moins chères. Une troisième approche consiste à utiliser des nanoparticules dans le fluide de refroidissement pour améliorer sa capacité à absorber la chaleur. Et de nouvelles conceptions qui améliorent la circulation de l'air pourraient réduire la taille et le coût des tours de refroidissement.
La sécheresse et la pénurie d'eau que connaît la Californie augmenteront les coûts associés à l'énergie solaire thermique, mais il est peu probable qu'elles mettent un terme à la propagation de la technologie. Bien que le refroidissement à sec coûte beaucoup plus cher que le refroidissement à eau conventionnel, il représente une part relativement faible du coût total d'une usine, environ cinq pour cent d'environ 2 milliards de dollars.