Un système de production solaire récupère l’énergie froide à des fins de production d’électricité et de chaleur Des chercheurs financés par l’UE ont mis au point un cycle organique de Rankine qui génère de l’énergie électrique et thermique à partir de différents types de ressources thermiques: systèmes solaires à concentration et énergie froide contenue dans le gaz naturel liquéfié. Énergie © Aliaksei/stock.adobe.com Le passage aux sources d’énergie renouvelables est motivé par une demande croissante d’électricité, des réserves limitées de combustibles fossiles et des préoccupations environnementales. Mais l’un des principaux problèmes des technologies d’énergie renouvelable, telles que l’énergie solaire, réside dans le fait que la production n’est possible que lorsque le soleil brille. La nuit et un ciel couvert peuvent interrompre l’approvisionnement. De plus, l’énergie du rayonnement solaire présente une faible densité énergétique et, partant, son utilisation pratique exige des collecteurs solaires de grande envergure. Un système intégré qui résout les problèmes d’intermittence et d’efficacité Les collecteurs cylindro-paraboliques, un type de collecteurs solaires thermiques, sont aujourd’hui l’un des dispositifs les moins onéreux pour produire de l’électricité à partir du soleil. Ils sont capables de fournir de la chaleur utile à des températures comprises entre 50 et 400 degrés Celsius. Cette énergie thermique peut être convertie en électricité grâce à l’un des cycles énergétiques les plus polyvalents et les plus efficaces: le cycle organique de Rankine (ORC). Ce cycle thermodynamique fermé, associé à des collecteurs solaires cylindro-paraboliques et à des systèmes de stockage de l’énergie thermique, assure la flexibilité nécessaire pour faire face à la nature intermittente de l’énergie solaire. «Dans le cadre du projet SO-LNG-ORC, nous avons étudié la conception et le fonctionnement optimaux d’un système ORC combiné à des collecteurs solaires thermiques et à un stockage de la chaleur sensible pour pallier le caractère intermittent de l’énergie solaire», fait remarquer Haoshui Yu, chercheur impliqué dans SO-LNG-ORC, un projet financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie. «Nous avons mis au point un système ORC intégré qui utilise à la fois l’énergie solaire et l’énergie froide que renferme le gaz naturel liquéfié (GNL) Les puits de chaleur cryogéniques comme le GNL permettent d’améliorer davantage l’efficacité de l’ORC en utilisant l’énergie froide, qui sinon serait perdue au cours du processus de regazéification», explique Haoshui Yu. Rationaliser les performances du système par le biais de simulations Les chercheurs ont réalisé des simulations afin de déterminer la conception optimale du système de stockage d’énergie thermique à deux réservoirs ainsi que les températures les plus appropriées pour les réservoirs de stockage à chaud et à froid. Ils ont également étudié les débits massiques optimaux du fluide caloporteur, qui déterminent à la fois la température du fluide en circulation et la chaleur absorbée par le collecteur solaire thermique. En outre, des tests visant à identifier les fluides caloporteurs les plus appropriés pour la récupération de l’énergie froide à partir du GNL ont été menés. «L’utilisation simultanée par le système ORC de l’énergie solaire et de l’énergie froide du GNL est susceptible d’avoir des implications quant au choix du fluide caloporteur optimal. La configuration du système peut aussi gagner en complexité, en comportant des cycles en cascade ou en parallèle», souligne Haoshui Yu. Le système ORC fonctionnant à l’énergie solaire a généré une production d’électricité stable 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. «Une optimisation fondée sur la simulation a permis de faire passer de 17,9 % à 24,8 % l’efficacité de la centrale électrique ORC proposée en utilisant le toluène comme fluide caloporteur», précise Haoshui Yu. L’ORC récupérant la chaleur résiduelle (énergie froide) a affiché de meilleures performances que l’ORC standard. «Nous avons été les premiers à nous pencher sur la synergie entre un système ORC qui utilise l’énergie solaire et l’énergie froide stockée dans le GNL», ajoute Haoshui Yu. «Les résultats du projet ouvriront la voie à la mise en place de systèmes énergétiques à la fois très efficaces et rentables, en plus de présenter peu de risques et d’avoir une incidence minime sur l’environnement.» Le système proposé est décrit dans l’article «Optimal design and operation of an Organic Rankine Cycle (ORC) system driven by solar energy with sensible thermal energy storage» (Conception et fonctionnement optimaux d’un système à cycle organique de Rankine (ORC) alimenté par l’énergie solaire avec stockage d’énergie thermique sensible), publié dans la revue scientifique à comité de lecture «Energy Conversion and Management» Par ailleurs, le rapport de conférence de 2021 intitulé «Performance comparison of organic Rankine cycle (ORC) and CO2 cycle for simultaneous utilization of liquefied natural gas (LNG) cold energy and solar energy» (Comparaison des performances du cycle organique de Rankine (ORC) et du cycle du CO2 pour l’utilisation simultanée de l’énergie froide du gaz naturel liquéfié (GNL) et de l’énergie solaire) compare les performances du cycle ORC et du cycle du CO2 utilisant l’énergie froide du GNL et l’énergie solaire. Mots‑clés SO-LNG-ORC, GNL, énergie froide, énergie solaire, fluide caloporteur, gaz naturel liquéfié, électricité, intermittence, cycle organique de Rankine
