Océans de pouvoir

Il était une fois où les États-Unis ont subi une véritable crise énergétique, le président a déclaré que l'indépendance énergétique nationale était l'équivalent moral de la guerre, les autorités ont commencé à dépenser de l'argent réel pour des sources d'énergie décalées, et la plus décalée était la conversion de l'énergie thermique des océans (OTEC).

L'idée de base, proposée un siècle plus tôt, était simple : de vastes étendues de mers tropicales et subtropicales présentent une différence d'environ 20 °C entre les eaux chaudes de surface et les eaux presque glaciales un ou deux kilomètres plus bas. Cette différence de température pourrait entraîner des turbines massives, produisant de l'électricité 24 heures sur 24 avec une dégradation environnementale minimale.

Il y a vingt ans, le ministère de l'Énergie a consacré plus de 200 millions de dollars à cette idée. Les chercheurs ont imaginé une flotte d'usines OTEC de pâturage, chacune produisant régulièrement jusqu'à 500 mégawatts de puissance. Mais le programme fédéral a expiré avec peu de résultats visibles à part des piles de rapports d'ingénierie.

Les fidèles aux États-Unis et à l'étranger ont continué à pousser l'idée vers l'avant, se concentrant principalement sur de petites variantes insulaires. L'année prochaine, si tout se passe bien, la construction de la première centrale thermique océanique commerciale commencera, une opération d'un mégawatt au Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority sur l'île d'Hawaï.

Énergie électrique Plus

Contrairement aux travaux antérieurs, les projets thermiques océaniques d'aujourd'hui ne s'arrêtent pas à l'énergie électrique mais se concentrent sur un mélange de produits appropriés pour un site donné, explique Hans Krock, professeur d'ingénierie océanique à l'Université d'Hawaï-Manoa. Ceux-ci pourraient inclure:

• eau douce (souvent très demandée)
• utilisation d'eaux profondes riches en nutriments pour l'aquaculture (y compris l'élevage de poissons d'eau froide)
• refroidissement côtier (faire passer de l'eau froide à travers des échangeurs de chaleur pour alimenter les climatiseurs peut s'avérer rentable par rapport à l'électricité insulaire à prix élevé)

Le site du Natural Energy Laboratory de Keahole Point à Hawaï, qui abrite des travaux pionniers en thermique océanique, en est un exemple. Le laboratoire a fermé son dernier prototype OTEC il y a deux ans. Mais il continue de pomper de l'eau de mer profonde pour les opérations d'aquaculture commerciale et le refroidissement côtier.

Le laboratoire ajoute également une autre conduite en eau profonde, suffisamment grande et profonde pour gérer le nouveau système thermique océanique qui générera 1 à 1,4 mégawatt d'électricité. Le tuyau de 140 centimètres de large est fabriqué en une seule pièce de près de trois kilomètres de long, explique Tom Daniel, directeur scientifique et technique de NELHA. Le projet de canalisation de 11,2 millions de dollars devrait être achevé l'été prochain.

Pourtant, remorquer le tuyau jusqu'au site et le couler soigneusement est une opération à très haut risque, commente Daniel. (Un projet du gouvernement indien visant à construire une centrale thermique océanique flottante d'un mégawatt a apparemment chuté et a perdu son tuyau, dit-il.)

Faire du vélo en avant

Étant donné que les centrales thermiques océaniques fonctionnent avec une différence de température relativement faible par rapport aux centrales à vapeur conventionnelles, les ingénieurs ont élaboré de nombreuses conceptions ingénieuses pour obtenir le plus d'efficacité, en particulier pour les échangeurs de chaleur essentiels et les turbines à basse pression.

L'usine d'Hawaï fonctionnera sur le cycle de Kalina, avec comme fluide de travail un mélange scellé d'ammoniac et d'eau. L'eau de mer chaude vaporise le mélange, ce qui entraîne une turbine. Le mélange est séparé en flux riches et pauvres en ammoniac, condensé par de l'eau froide profonde, puis combiné pour un autre tour.

La technologie Kalina est largement répandue dans les nouvelles centrales électriques conventionnelles. Exergy de Hayward, Californie, l'a commercialisé dans d'autres types d'usines avec des différences de température relativement faibles, y compris les centrales géothermiques et les aciéries. Chaque élément de la technologie est disponible dans le commerce, et cela fonctionne, dit Krock.

Comment le fluide de travail contourne un système (simplifié) de conversion d'énergie thermique océanique à cycle fermé.

Une approche alternative vient de Sea Solar Power, une entreprise controversée de thermique océanique basée à Baltimore, dans le Maryland. La conception de son échangeur de chaleur utilise le propylène comme fluide de travail et un processus à écoulement turbulent inspiré des techniques de réfrigération, explique le président Robert Nicholson.

Sea Solar est à mi-chemin d'un projet de 20 millions de dollars sur deux ans pour optimiser l'échangeur de chaleur et d'autres composants, avec un financement de la Fondation Abell de Baltimore, dit Nicholson. Cependant, les étrangers voient l'entreprise avec un mélange de respect pour les prouesses d'ingénierie de ses fondateurs, d'exaspération devant son refus de détailler sa technologie et de prudence, car aucun de ses projets commerciaux n'a encore abouti.

De l'eau partout et à boire

Une troisième option, les conceptions à cycle ouvert utilisant l'eau de mer comme fluide de travail, a été étudiée principalement pour sa capacité à produire de l'eau douce. Krock dit que deux problèmes principaux - la condensation des gaz libérés par le processus de vaporisation et le besoin de turbines spécialisées - ont été surmontés.

Lui et ses étudiants ont proposé une usine pour Oahu, où les ressources en eau douce sont sur le point d'être exploitées, dit-il. À un coût d'environ 80 millions de dollars, l'usine produirait cinq millions de gallons d'eau douce par jour, 8 à 10 mégawatts d'électricité et 20 mégawatts de refroidissement côtier.

Îles du ruisseau (Coldwater)

Sea Solar Power a signé un protocole d'accord avec Guam pour créer une centrale thermique océanique et négocie avec d'autres acheteurs potentiels, a déclaré Nicholson. Il affirme que des fonds sont disponibles pour construire une première centrale de 10 mégawatts, qu'il estime à environ 45 à 50 millions de dollars.

Le groupe de Krock a également formulé des propositions pour d'autres systèmes thermiques océaniques insulaires. Un pour la base navale de Diego Garcia dans l'océan Indien, par exemple, pourrait économiser 30 % du coût de production d'électricité et d'eau douce, estime-t-il.

Le golfe du Mexique est un endroit parfait pour faire de l'OTEC, ajoute Krock, compte tenu des nouvelles plates-formes pétrolières en eau profonde. Ironiquement, les opérateurs pétroliers sont inévitablement les héritiers de cette technologie.

Rêves de tuyaux d'eau salée?

Pourtant, les rêves de navires de pâturage persistent, bien que considérés avec scepticisme par de nombreux ingénieurs océaniques chevronnés.

Nicholson de Sea Solar Power dit qu'il pourrait assembler plusieurs unités de puissance OTEC dans un navire de 100 mégawatts qui représente un huitième de la taille et du coût des mastodontes envisagés par la recherche fédérale. Nous sommes prêts à construire des centrales de 100 mégawatts maintenant, déclare-t-il.

D'autres experts n'achètent pas de telles affirmations. C'est ridicule, dit Daniel de NELHA. Vous devez d'abord passer à l'échelle.

Plus loin à l'horizon, Krock suggère que les usines OTEC pourraient produire de l'hydrogène alors que l'économie mondiale commence à se tourner vers ce carburant. L'utilisation de l'eau froide comme dissipateur thermique pourrait faciliter le processus de liquéfaction de l'hydrogène, souligne-t-il.

Robert Cohen, un consultant de Boulder, CO, qui était directeur de programme pour le programme d'énergie océanique du ministère de l'Énergie, conserve son enthousiasme pour l'énergie thermique des océans. L'OTEC pourrait éventuellement fournir une fraction importante des besoins énergétiques mondiaux, dit Cohen, à la fois en produisant de l'électricité et en créant des carburants énergivores tels que l'hydrogène.

Cohen note, cependant, que la technologie a souffert d'une histoire de grands objectifs et revendications. L'OTEC semble faire ressortir des opinions extrêmement subjectives de deux groupes, que j'appelle les sceptiques et les fanatiques, dit Cohen, alors que la vérité a tendance à se cacher quelque part entre les extrêmes.

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