« Nous avons le pouvoir » — Le test technologique Sandia fournit de l'électricité au réseau

Ce dioxyde de carbone, qui reste dans le système et n’est pas libéré sous forme de gaz à effet de serre, peut devenir beaucoup plus chaud que la vapeur : 1 290 degrés Fahrenheit ou 700 Celsius.

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Le premier test de la technologie de pointe du cycle Brayton a permis d'alimenter le réseau local en électricité

ALBUQUERQUE, Nouveau-Mexique — Pour la première fois, des chercheurs des Laboratoires nationaux Sandia ont fourni de l'électricité produite par un nouveau système de production d'électricité au réseau électrique de la base aérienne de Sandia-Kirtland.

Logan Rapp (à gauche) et Darryn Fleming, ingénieurs en mécanique des Sandia National Laboratories, se tiennent aux côtés du système de contrôle de la boucle d'essai du cycle de Brayton au dioxyde de carbone supercritique. Plus tôt cette année, les ingénieurs ont livré pour la première fois au réseau l’électricité produite par ce système. (Photo de Bret Dernier)

Le système utilise du dioxyde de carbone supercritique chauffé au lieu de la vapeur pour produire de l'électricité et est basé sur un cycle de Brayton en boucle fermée. Le cycle de Brayton doit son nom à l'ingénieur du XIXe siècle George Brayton, qui a développé cette méthode consistant à utiliser un fluide chaud sous pression pour faire tourner une turbine, un peu comme un moteur à réaction.

Le dioxyde de carbone supercritique est un matériau stable et non toxique qui est soumis à une pression telle qu'il agit à la fois comme un liquide et un gaz. Ce dioxyde de carbone, qui reste dans le système et n’est pas libéré sous forme de gaz à effet de serre, peut devenir beaucoup plus chaud que la vapeur : 1 290 degrés Fahrenheit ou 700 Celsius. En partie à cause de cette chaleur, le cycle de Brayton a le potentiel d’être beaucoup plus efficace pour transformer la chaleur des centrales électriques – nucléaires, au gaz naturel ou même solaire concentré – en énergie que le cycle Rankine traditionnel à vapeur. Étant donné qu'une grande quantité d'énergie est perdue pour transformer la vapeur en eau dans le cycle de Rankine, au plus un tiers de la puissance contenue dans la vapeur peut être convertie en électricité. En comparaison, le cycle Brayton a un rendement de conversion théorique supérieur à 50 pour cent.

"Nous nous efforçons d'y parvenir depuis plusieurs années, et être en mesure de démontrer que nous pouvons connecter notre système via un appareil commercial au réseau est le premier pont vers une production d'électricité plus efficace", a déclaré Rodney Keith, directeur pour le groupe de concepts avancés travaillant sur la technologie du cycle Brayton. « C'est peut-être juste un pont flottant, mais c'est définitivement un pont. Cela ne semble peut-être pas très important, mais c’était tout un chemin pour en arriver là. Maintenant que nous pouvons traverser la rivière, nous pouvons faire beaucoup plus.

Un schéma de la simple boucle de test du cycle Brayton en boucle fermée des Sandia National Laboratories. Le fluide de travail comprimé, chauffé et détendu pour produire de l’énergie est du dioxyde de carbone supercritique. Le dioxyde de carbone supercritique est un matériau stable et non toxique qui est soumis à une pression telle qu'il agit à la fois comme un liquide et un gaz. (Graphique avec l'aimable autorisation de Sandia National Laboratories)

Le 12 avril, l'équipe d'ingénierie de Sandia a chauffé son système au CO2 supercritique à 600 degrés Fahrenheit et a fourni de l'électricité au réseau pendant près d'une heure, produisant parfois jusqu'à 10 kilowatts. Dix kilowatts, ce n'est pas beaucoup d'électricité, une maison moyenne consomme 30 kilowattheures par jour, mais c'est une étape importante. Pendant des années, l'équipe déversait l'électricité produite par ses tests dans un banc de charge résistif semblable à un grille-pain, a déclaré Darryn Fleming, chercheur principal du projet.

"Nous avons démarré avec succès notre turbine-alternateur-compresseur dans un simple cycle de Brayton au CO2 supercritique à trois reprises et avons effectué trois arrêts contrôlés, et nous avons injecté de l'énergie dans le réseau de Sandia-Kirtland de manière constante pendant 50 minutes", a déclaré Fleming. « La chose la plus importante dans ce test est que nous avons réussi à convaincre Sandia de prendre le pouvoir. Il nous a fallu beaucoup de temps pour obtenir les données nécessaires pour nous permettre de nous connecter au réseau. Toute personne qui contrôle un réseau électrique est très prudente quant à ce que vous synchronisez avec son réseau, car vous pourriez perturber le réseau. Vous pouvez faire fonctionner ces systèmes toute la journée et transférer l’énergie vers des bancs de charge, mais mettre ne serait-ce qu’un peu d’énergie sur le réseau est une étape importante.