Servant à entraîner les générateurs électriques, les turbines à vapeur sont actuellement présentes dans environ 90 % des centrales thermiques de production d’électricité mondiales. Par rapport aux moteurs alternatifs, elles sont plus fiables dans les applications qui nécessitent une puissance supérieure et soutenue. Malgré ses multiples avantages, cette technologie a quelques limites, en l’occurrence, son démarrage plus long et son coût d’exploitation plus élevé. Basée dans le Massachusetts, GE Vernova vise notamment à éviter les inconvénients de ces turbines à vapeur, en développant des turbines à CO₂ supercritique qui seraient plus rapides à démarrer, plus rentables et plus performantes. Cette entreprise américaine collabore avec GTI Energy, Southwest Research Institute (SwRI) et le ministère américain de l’Énergie pour réaliser le projet de démonstration de cette technologie à San Antonio, au Texas. Explications.
La première turbine à dioxyde de carbone supercritique au monde
Cette centrale pilote d’énergie électrique transformationnelle supercritique (STEP), d’une valeur de 155 millions de dollars, a été inaugurée le 27 octobre 2023 au Texas. Les partenaires de ce projet ont affirmé que ce système est mécaniquement achevé, mais sa mise en service attend encore. Celui-ci serait beaucoup moins coûteux et 10 % plus performant que les turbines à vapeur. Il possède la taille d’un bureau, selon ses concepteurs. Cette petite turbine à CO₂ supercritique pourrait atteindre une puissance nominale de 10 MW.
D’après les ingénieurs, le fluide de dioxyde de carbone supercritique possède des propriétés idéales pour l’extraction d’énergie dans un système en boucle fermée. Il affiche une efficacité d’extraction de 50 % en utilisant une turbine dix fois plus petite que la turbine thermique traditionnelle. Il est à souligner que l’on peut rendre ce composé chimique supercritique à une température supérieure à 31 °C (88 °F) et à une pression supérieure à 74 bars (1 070 psi), contre plus de 373 °C (703 °F) et plus de 220 bars (3 191 psi) pour l’eau. Lorsque le CO₂ devient supercritique, il se comporte comme un gaz qui a cependant la densité d’un liquide.
Les principaux avantages d’une centrale STEP
En optant pour cette nouvelle turbine à dioxyde de carbone supercritique, le déploiement d’un système de production d’électricité basé sur la chaleur nécessitera moins d’investissement. En effet, le coût de fabrication de ce type de turbine de taille compacte serait moins important. De plus, à l’installation, le système occupera moins de terrain. Il pourrait réduire les émissions de carbone liées à l’utilisation des générateurs d’électricité à partir d’une source de chaleur donnée ou d’un combustible primaire tel que le charbon ou le gaz.
Outre cela, une usine STEP serait plus rapide à démarrer. Selon GE Vernora et ses partenaires, les prototypes de générateur électrique équipés de turbine à CO₂ commencent à produire de l’électricité après seulement deux minutes (contre une demi-heure pour les modèles à vapeur). Ils sont plus sensibles aux demandes de charge, les rendant ainsi plus pratiques dans un réseau électrique utilisant les énergies renouvelables.
La mise à l’échelle potentielle de cette technologie
Le consortium espère que l’usine pilote STEP commencera à produire dès 2024. Si tout se passe comme prévu et que les résultats sont excellents, il prévoit de mettre à l’échelle la nouvelle turbine à dioxyde de carbone supercritique. Ainsi, celle-ci pourrait atteindre des dimensions adaptées aux services publics. Elle pourrait rendre obsolètes les turbines à vapeur dans la plupart des centrales électriques dans le monde. En effet, cette nouvelle technologie pourrait être intégrée dans les centrales à combustibles fossiles, nucléaires, géothermiques ou solaires. D’après Adam Hamilton, PDG de SwRI, « le projet STEP changera probablement la façon dont nous envisageons la production d’énergie ». Plus d’informations : swri.org. Que pensez-vous de cette technologie ? N’hésitez pas à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .
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Je n’ai sans doute pas bien compris…
Quelle énergie est nécessaire pour faire du CO2 supercritique, est-ce si simple que ça ? L’article n’en dit rien. Encore faut-il que cette étape ne rende pas le processus peu rentable au bout du compte.
D’habitude, la source de chaleur (en brûlant du charbon, ou par réaction nucléaire par exemple) chauffe de l’eau, qui se transforme en vapeur d’eau sous pression, qui ensuite entraîne une turbine reliée à un générateur et produit ainsi l’électricité.
Là si j’ai bien compris, on chauffe du CO2 qui entraîne une turbine adaptée.
Avec quelle énergie, vous chauffez et vous augmentez la pression au delà de 74 bars ?
Combien de MW électrique obtenez vous pour 1 MW en entrée (chauffage et pression) ?