Les scientifiques utilisent du dioxyde de carbone supercritique pour alimenter le réseau

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  • Lorsqu’il s’agit de faire tourner des turbines, la vapeur est éteinte et le dioxyde de carbone supercritique est présent – comme l’a démontré Sandia National Labs lorsqu’il a connecté un système en boucle fermée au réseau local, fournissant environ 10 kilowatts d’électricité pendant près d’une heure.

    L’unité expérimentale de Sandia utilise du dioxyde de carbone dans un état supercritique (pressurisé pour se comporter comme un liquide et un gaz) pour déplacer une turbine. CO supercritique2 peut devenir beaucoup plus chaud que la vapeur et pourrait être beaucoup plus efficace s’il est adapté aux niveaux des centrales électriques et chauffé par des combustibles nucléaires, solaires ou fossiles.

    Dix kilowattheures, ce n’est pas beaucoup, environ un tiers de l’énergie utilisée par un foyer américain moyen en une journée. Cependant, le fait que le laboratoire ait pu connecter sa boucle de test directement au réseau est un énorme problème, a déclaré le chercheur principal Darryn Fleming.

    “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 avec quoi vous vous synchronisez. [it]parce que vous pourriez perturber le réseau », a déclaré Fleming.

    Dans la boucle (Brayton)

    Le cycle de Brayton est une alternative thermodynamique au cycle de Rankine, qui évapore l’eau pour former de la vapeur utilisée pour faire tourner les turbines.

    Le cycle de Rankine est inefficace et perd beaucoup d’énergie en transformant la vapeur en eau, ce qui fait qu’environ un tiers seulement de l’énergie générée est convertie en électricité. Selon Sandia, les cycles Brayton peuvent atteindre une efficacité de conversion théorique supérieure à 50 %.

    Dans le système de Sandia, le CO supercritique2 est chauffé et l’énergie est envoyée à travers une turbine. A la sortie de la turbine, le CO2 traverse un récupérateur qui le refroidit avant de l’envoyer vers un compresseur. Le compresseur repressurise le CO refroidi2, la renvoie dans le récupérateur pour récupérer un peu de chaleur, puis la renvoie au départ. Une partie de l’efficacité du système, a déclaré l’exploitant du laboratoire américain, provient du processus de récupération.

    Pour l’expérience, Sandia n’a chauffé que son CO supercritique2 à 600 ° F (316 ° C), bien que les systèmes entièrement réalisés deviennent beaucoup plus chauds. Les diagrammes de Sandia du système montrent du CO à haute pression2 laissant le radiateur à près du double de la température.

    Le cycle de Brayton

    Diagramme de Sandia du cycle de Brayton

    Élévation de l’expérience au niveau de la grille

    Avant de connecter sa boucle de test à cycle fermé de Brayton au réseau en avril, Sandia devait trouver le bon système de contrôle pour réguler sa sortie, et l’équipe l’a trouvé dans un composant d’ascenseur appelé rotor à aimant permanent.

    Les rotors sont utilisés pour convertir l’énergie potentielle d’une cabine d’ascenseur en mouvement en électricité, et ils fonctionnent sur un principe similaire à la boucle de test du cycle de Brayton que Sandia a utilisée dans son expérience, a déclaré le laboratoire.

    Des chercheurs de Sandia avec le système de contrôle du cycle Brayton

    Des chercheurs de Sandia avec le système de contrôle du cycle Brayton

    “Cette similitude a permis à l’équipe Sandia d’adapter l’électronique de puissance standard d’une société de pièces d’ascenseurs pour contrôler l’alimentation de leur boucle de test dans le réseau”, a déclaré Sandia dans un communiqué.

    L’ingénieur en mécanique de Sandia, Logan Rapp, a déclaré que le couplage de la boucle de test du laboratoire avec les bits d’ascenseur était un énorme pas en avant, rendant la ligne entre 10 kilowatts et un mégawatt ou plus “assez claire”. Un mégawatt pourrait alimenter entre 500 et 1 000 foyers, et les partenaires industriels de Sandia visent 1 à 5 mégawatts, a déclaré Rapp.

    Après un test direct au réseau réussi, l’équipe Sandia travaille maintenant pour atteindre des températures plus élevées. En 2023, l’équipe prévoit de construire un système de génération d’alternateur à deux turbines qui, selon elle, sera plus efficace, et vise à démontrer un système de 1 MW d’ici l’automne 2024.

    Pour aider à rendre le développement commercial plus attrayant, la porte-parole de Sandia, Mollie Rappe, nous a dit que les ingénieurs de Sandia travaillaient à la validation de certaines parties du système individuellement afin que les entreprises intéressées puissent développer les composants comme elles l’entendent.

    Sandia n’est pas étrangère au CO supercritique2 – il travaille sur de tels systèmes depuis plus d’une décennie. À l’époque, Sandia a déclaré qu’elle dirigeait le développement, s’arrêtant avant de décrire le CO supercritique2 générateurs comme presque inévitables. Onze ans plus tard, nous commençons à nous rapprocher. ®

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