Une percée dans la conversion d’énergie pourrait augmenter l’efficacité des installations : Énergie et environnement

07 septembre 2022

Des chercheurs du laboratoire national Sandia du ministère américain de l'Énergie ont testé avec succès un nouveau système électrique basé sur un cycle de Brayton en boucle fermée pour fournir de l'électricité au réseau. Le système pourrait augmenter considérablement l’efficacité des centrales électriques, y compris les systèmes de réacteurs avancés actuels et nouveaux, ainsi que les centrales solaires au gaz et à concentration.

Les centrales électriques d'aujourd'hui - nucléaires, à gaz et à charbon - utilisent un cycle de Rankine à base de vapeur pour convertir la chaleur qu'elles produisent en électricité, mais ces systèmes à base de vapeur perdent environ les deux tiers de l'énergie qu'ils pourraient potentiellement produire car la vapeur doit être reconvertie. dans l'eau pour répéter le cycle. L’équipe Sandia a plutôt développé un simple cycle de Brayton récupéré en boucle fermée qui utilise du dioxyde de carbone supercritique comme fluide de travail.

Le dioxyde de carbone supercritique, qui reste dans le système et n'est pas rejeté comme gaz à effet de serre, peut devenir beaucoup plus chaud que la vapeur, jusqu'à 700°C. Le cycle Brayton a le potentiel d'être beaucoup plus efficace pour transformer la chaleur des centrales électriques en énergie que le cycle Rankine traditionnel à base de vapeur, avec un rendement de conversion théorique supérieur à 50 %.

Dans le système développé par l'équipe Sandia, le dioxyde de carbone circule dans une boucle continue de mise sous pression, de chauffage et de détente à travers une turbine pour produire de l'électricité. Il est ensuite refroidi dans un récupérateur avant de retourner dans un compresseur pour boucler le cycle.

Un schéma de la boucle de test du cycle de Brayton en boucle fermée (Image : Sandia) Le gaz circule dans une boucle continue où il est mis sous pression, chauffé et détendu à travers une turbine pour produire de l'électricité. Une fois sorti de la turbine, le fluide est ensuite refroidi dans un récupérateur avant de retourner dans un compresseur pour boucler le cycle.

Pour le test, les chercheurs ont utilisé un radiateur électrique pour chauffer le dioxyde de carbone supercritique jusqu'à 600°F (316°C), puis ont restitué l'alimentation électrique au réseau électrique de la base aérienne de Sandia-Kirtland. Le test a fourni de l’énergie continue au réseau pendant 50 minutes et a parfois produit jusqu’à 10 kilowatts d’électricité. C'est la première fois que les opérateurs de réseau acceptent de prendre le pouvoir et c'est une étape importante, ont indiqué les chercheurs.

"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.

L'équipe travaillera à la modification du système afin qu'il puisse fonctionner à des températures plus élevées et visera à démontrer un système à cycle de Brayton au CO2 supercritique de 1 MW d'ici l'automne 2024. Tout au long de ce processus, ils espèrent tester occasionnellement le système en fournissant de l'électricité au système. réseau, à condition d’obtenir l’approbation des gestionnaires de réseau.

"Pour les applications commerciales réelles, nous savons que nous avons besoin de turbomachines plus grosses, d'électronique de puissance, de roulements et de joints plus grands qui fonctionnent avec du CO2 supercritique et des cycles de Brayton fermés", a déclaré le chercheur principal Darryn Fleming. "Il y a toutes ces différentes choses qui doivent être faites pour réduire les risques du système, et nous y travaillons actuellement. En 2023, nous rassemblerons tout cela dans une boucle de recompression, puis nous le porterons à un niveau égal." une puissance de sortie plus élevée, et c'est à ce moment-là que l'industrie commerciale peut s'en sortir. »

Le projet a été soutenu par le programme STEP (Supercritical Transformational Electric Power) du ministère de l'Énergie, co-parrainé par les bureaux de l'énergie nucléaire, de l'énergie fossile et de la gestion du carbone, ainsi que de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables.

Recherche et rédaction par World Nuclear News

WNN est un service d'information public de l'Association nucléaire mondiale

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