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Mélanger l'énergie solaire et le charbon pour réduire les coûts
Un projet qui ajoutera de l'énergie solaire à une centrale électrique au charbon pourrait réduire la quantité de charbon nécessaire pour produire de l'électricité et réduire considérablement le coût de l'énergie solaire.
Vision solaire : Un rendu d'un panneau solaire proposé sur le site d'une centrale au charbon près de Grand Junction, CO.
La démarche, annoncée par Abengoa Solaire , basée à Lakewood, CO, et Xcel Énergie , le plus grand service public d'électricité du Colorado, permettrait aux services publics des États ensoleillés comme la Californie de répondre plus facilement aux exigences imminentes des États en matière d'énergie renouvelable.
Le projet impliquera la construction d'un ensemble de miroirs paraboliques conçus pour concentrer la chaleur du soleil et l'utilisation de cette chaleur pour aider à produire la vapeur qui entraîne les turbines et les générateurs de la centrale au charbon, produisant de l'électricité. De tels miroirs sont utilisés depuis des décennies pour produire de l'électricité dans des centrales solaires à concentration autonomes, également appelées centrales solaires thermiques, qui sont actuellement la source d'énergie solaire la moins chère. Mais associer les miroirs de concentration à une centrale à charbon offre un moyen de rendre ce type d'énergie solaire encore moins cher car une grande partie du coût d'une centrale solaire thermique est l'équipement pour convertir la chaleur en électricité. Le projet Abengoa Solar utilisera les chaudières, turbines, générateurs existants, etc., réduisant ainsi ce coût.
Ce qui est intéressant à ce sujet, c'est que vous n'avez qu'à acheter la partie champ solaire de l'usine, qui représente 50 à 60% du coût de l'usine, explique Hank Price, directeur de la technologie chez Abengoa Solar. Cela pourrait effectivement rendre l'énergie solaire thermique environ 30 à 50 % moins chère, selon diverses estimations. Cela équivaudrait à une fourchette d'environ six à 12 cents par kilowattheure, ce qui est compétitif avec de nombreuses sources d'électricité conventionnelles. C'est potentiellement le moyen le plus rentable d'obtenir une quantité importante d'énergie solaire sur le réseau, dit-il.
Dans le nouveau projet, comme les auges paraboliques ne génèrent pas des températures suffisamment élevées, la chaleur qu'elles produisent ne sera pas directement injectée dans les turbines. Au lieu de cela, il sera utilisé pour préchauffer l'eau qui sera injectée dans les chaudières de la centrale au charbon, où le charbon est brûlé pour transformer l'eau en vapeur. Ordinairement, ce préchauffage est effectué en siphonnant de la vapeur générée par le charbon. Selon la nouvelle conception, une plus grande partie de cette vapeur peut être dirigée vers la turbine pour produire de l'électricité. L'effet net est que moins de charbon est utilisé pour générer une quantité donnée d'électricité, et le système augmenté réduit les émissions de dioxyde de carbone autant qu'une centrale solaire thermique autonome avec la même taille de réseau, mais à un coût beaucoup plus bas, dit Craig Turchi, ingénieur principal du programme d'énergie solaire concentrée au National Renewable Energy Lab à Golden, CO.
Ce ne sera pas la première fois que le solaire thermique et les combustibles fossiles seront jumelés. Plusieurs centrales solaires thermiques ont été construites avec du gaz naturel comme source d'énergie de secours afin, entre autres, de maintenir la production par temps nuageux. Mais l'intégration du solaire thermique aux centrales électriques existantes présente quelques avantages. Le premier est les économies de coûts qui découlent de l'utilisation des turbines et des générateurs existants. Un deuxième avantage est le potentiel de fonctionnement à des rendements plus élevés. Les turbines et les générateurs des centrales solaires thermiques sont optimisés pour fonctionner aux températures générées par les miroirs paraboliques (au moins dans les conceptions actuelles), qui sont inférieures à celles générées dans les centrales alimentées par des combustibles fossiles – environ 400 °C contre 500 °C ou plus haute. L'utilisation de turbines à température plus élevée dans les centrales au charbon permet d'obtenir un rendement plus élevé : environ 45 % de l'énergie de la chaleur générée par le charbon et les concentrateurs solaires combinés est convertie en électricité, contre seulement 38 % de la chaleur avec un système solaire typique. centrale thermique.
Une autre approche pour intégrer l'énergie solaire aux centrales à combustibles fossiles est adoptée dans des projets en Afrique du Nord, dont deux sont construits par la société mère d'Abengoa Solar, Abengoa, basée en Espagne. Dans ces projets, la chaleur solaire thermique est injectée dans des centrales à cycle combiné alimentées au gaz naturel conçues en tenant compte de l'apport solaire. Une turbine est entraînée par des gaz qui se dilatent lorsque le gaz naturel est brûlé, et la chaleur générée par la combustion du gaz naturel est utilisée pour produire de la vapeur qui entraîne une deuxième turbine. La chaleur solaire thermique est utilisée pour aider à générer cette vapeur, améliorant ainsi l'efficacité globale de l'usine.
Bien que ces approches offrent un moyen de réduire le coût de l'énergie solaire, leur portée sera limitée. Tout au plus, la contribution de l'énergie solaire dans les centrales existantes ne dépassera probablement pas 10 à 15 % de l'électricité produite, dit Turchi. Pour le projet Colorado, qui est un projet de démonstration relativement petit, la part sera plutôt de 3 pour cent, bien que cela puisse être augmenté en installant un plus grand nombre de miroirs. De plus, les seules centrales au charbon qui peuvent être augmentées par l'énergie solaire sont celles situées dans des zones ensoleillées avec suffisamment de terrain à proximité pour accueillir les réseaux de miroirs.