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Materials Technologies for performance improvement of Cooling Systems in Power Plants

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Produire de l’électricité sans limiter l’approvisionnement en eau de l’Europe

Des technologies innovantes devraient permettre au secteur européen de l’électricité d’approvisionner le continent sans épuiser ses réserves en eau. Un projet financé par l’UE a ouvert la voie.

Énergie

L’eau est une ressource inestimable pour l’humanité et, avec l’évolution du climat mondial, sa préservation sera de plus en plus importante. La production d’électricité est l’une des industries les plus tributaires de l’eau, nécessitant de grandes quantités pour refroidir les systèmes de production. En Europe, la production d’énergie représente 45 % de toute l’eau extraite des sources naturelles; et même si l’on prend en compte la part de l’eau renvoyée dans l’environnement, cela représente encore un cinquième du volume utilisé. Réduire l’impact de cette industrie sur les réserves d’eau serait donc une solution simple et prometteuse pour atteindre nos objectifs de durabilité. Financé par Horizon 2020, le projet MATCHING, dont l’équipe est composée d’un consortium de six pays de l’UE, doit être le fer de lance de l’effort européen pour réduire le volume d’eau utilisé pour le refroidissement des centrales thermoélectriques et géothermiques, grâce au développement de technologies de pointe. «MATCHING entendait réduire la demande en eau et améliorer l’efficacité énergétique des systèmes de refroidissement dans le secteur de l’énergie en utilisant des matériaux avancés et nanotechnologiques ainsi que des configurations innovantes appliquées aux centrales géothermiques et à combustibles fossiles», explique Daniela Galla, directrice du programme MATCHING chez Enel. Dans les sources géothermiques à haute température, les résultats ont montré une réduction moyenne de l’eau évaporée d’environ 10 % dans les opérations hybrides par rapport aux opérations humides traditionnelles, entraînant seulement une petite pénalité énergétique. Daniela Galla déclare qu’il s’agit «d’un des meilleurs résultats du projet».

L’avenir du refroidissement

Le projet MATCHING a testé une série de solutions technologiques, impliquant chaque partie des systèmes de refroidissement des centrales électriques, notamment les tours de refroidissement, les circuits d’eau de refroidissement, les systèmes de conditionnement d’eau, le refroidissement par les eaux souterraines et les condenseurs de vapeur. Des membranes innovantes, certaines reposant sur les nanotechnologies, et des matériaux avancés ont été testés afin d’étudier comment ils pourraient améliorer le conditionnement et la récupération de l’eau. Cela stimule l’approvisionnement grâce à l’utilisation d’eaux de qualité inférieure, comme les eaux usées des centrales électriques ou celles provenant de la purge des tours de refroidissement. Les résultats suggèrent que l’apport hydrique peut être réduit de plus de 30 % dans les centrales thermiques à refroidissement humide. «Les réductions sont spécifiques au site, en fonction du climat et de la qualité de l’eau, et l’impact net sur les coûts de refroidissement varie selon les technologies», explique Daniela Galla. Des techniques de texturation laser et des nano-revêtements nouvellement développés ont été utilisés pour favoriser la condensation à l’extérieur des tubes du condenseur, augmentant ainsi l’efficacité du refroidissement. Pour la production d’énergie géothermique, le projet a utilisé des systèmes de refroidissement hybrides reposant sur des dispositifs de remplissage avancés pour un refroidissement plus efficace dans des sources à haute température et une utilisation en boucle fermée des eaux souterraines dans des sources à basse température. De nouveaux matériaux anti-corrosion ont été développés pour garantir la mise à disposition de techniques financièrement viables et une production durable pendant de nombreuses années. «De nombreux tests ont donné des résultats surprenants», conclut Daniela Galla. «Ailleurs, le gain annuel potentiel dans certaines centrales géothermiques utilisant l’eau souterraine comme dissipateur thermique au lieu de refroidisseurs d’air variait de 4 à 14 %. Dans ce cas, des demandes de chaleur plus élevées se traduisent par des gains relatifs plus importants dans l’efficacité des centrales électriques.»

Mise sous tension

Les technologies et les techniques ont été testées sur six sites d’essais à travers l’UE, en Belgique, en France, en Italie et en Espagne. L’équipe MATCHING analyse actuellement les résultats et les utilise pour améliorer davantage les systèmes. Certains de ces résultats sont fusionnés avec ceux d’autres projets de recherche ou propositions de développements futurs. «Les résultats obtenus au cours du projet sont maintenant dans une phase d’exploitation qui comprend la faisabilité technique et l’analyse coûts-avantages pour des applications spécifiques», explique Daniela Galla.

Mots‑clés

MATCHING, refroidissement, nanotechnologie, eau, thermique, centrale électrique, efficacité

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