La plus grande boucle de sel de chlorure à science ouverte d’Amérique accélérera les technologies d’énergie propre

Les scientifiques du laboratoire national d’Oak Ridge du Département américain de l’énergie ont commencé à exploiter un système unique conçu pour permettre une variété de tests afin de caractériser les performances d’un fluide caloporteur avancé pour les énergies renouvelables.

Connue sous le nom de FASTR (Facility to Alleviate Salt Technology Risks), l’exécution inaugurale du système a évalué la viabilité de l’utilisation d’un mélange de technologie de sels fondus à base de magnésium, de potassium et de chlorure de sodium pour l’énergie solaire thermique.

FASTR est la première boucle de ce type en fonctionnement, conçue pour étudier les sels de chlorure potentiellement corrosifs dans un environnement fluide. La preuve d’un fonctionnement stable et de performances globales pourrait accroître l’efficacité et la compétitivité économique de la prochaine génération d’énergie solaire à concentration, ou Gen3 CSP. Le sel de chlorure est également un fluide caloporteur particulièrement peu coûteux qui pourrait être directement utilisé pour le stockage de l’énergie thermique.

Les centrales CSP à tour de puissance collectent et stockent l’énergie à l’aide de champs de miroirs qui concentrent la lumière du soleil sur un récepteur au sommet d’une tour, fournissant de l’énergie à un fluide caloporteur. Ces tours électriques utilisaient traditionnellement de la vapeur ou des sels de nitrate pour transférer de l’énergie et entraîner des cycles de puissance pour la production d’électricité.

Les scientifiques de l’ORNL utilisent FASTR – qui a officiellement commencé ses opérations en décembre 2022 – pour étudier la faisabilité d’une nouvelle approche des sels de chlorure fondus en tant que fluide de stockage d’énergie et de transfert de chaleur à haute température. L’installation utilise un mélange de chlorure de sodium, de chlorure de potassium et de chlorure de magnésium, un mélange économique avec un point de fusion bas et des propriétés thermophysiques favorables.

“La boucle d’essai au sel permettra la recherche nécessaire pour faire de cette technologie une réalité”, a déclaré Kevin Robb, chef du groupe de développement des systèmes énergétiques de la division de l’énergie nucléaire et du cycle du combustible de l’ORNL. “L’inauguration de FASTR couronne un effort de près de cinq ans qui comprenait la conception, la construction et l’exploitation de la plus grande installation de recherche scientifique ouverte pompant du sel de chlorure fondu aux États-Unis, et probablement dans le monde”, a déclaré Robb.

Une voie à suivre

Au début de l’initiative Gen3 CSP, le DOE a identifié le sel de chlorure fondu comme une opportunité majeure pour permettre des températures de centrale électrique supérieures à 1300 ° F. Les chercheurs ont examiné de près la science de la corrosion des sels de chlorure ainsi que la conception des composants. Une lacune majeure existait dans la preuve que les études scientifiques de base pouvaient être adaptées à un système de test de sels fondus en écoulement.

Pour répondre à ce besoin, le Bureau des technologies de l’énergie solaire au sein du Bureau de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables du DOE a parrainé le développement de FASTR pour servir d’installation d’essai à haute température et à science ouverte. Les connaissances acquises grâce aux opérations de cette installation peuvent finalement alimenter l’intégration de la voie liquide Gen3 CSP.

Pour construire FASTR, les scientifiques se sont appuyés sur leur expérience dans le développement de son prédécesseur, la boucle de sel fluoré de l’ORNL, ou LSTL, qui a conduit à plusieurs avancées technologiques. FASTR est deux fois plus grand que LSTL, mesurant près de 23 pieds de haut avec une tuyauterie de 2 pouces. Il double également le LSTL en puissance et en débit. Le système de purification à grande échelle de FASTR peut traiter des lots de sel de 200 kilogrammes à la fois. Les tests effectués dans FASTR peuvent atteindre des températures supérieures à la température maximale de LSTL de 1 328 °.

Les chercheurs ont identifié plusieurs campagnes de tests à fort impact, notamment la surveillance et le contrôle de la corrosion, la démonstration de capteurs d’impuretés d’oxygène et les tests de performance des principaux composants. Il est également prévu de tester de nouveaux capteurs dans l’environnement salin en écoulement, en collaboration avec l’industrie.

“Avec un démarrage réussi, il y aura sans aucun doute de nouvelles idées et leçons apprises à venir”, a déclaré Robb.

Dans l’ensemble, l’installation de recherche FASTR a contribué de manière significative à l’objectif du DOE EERE de réduire les risques et de faire progresser la technologie de l’énergie solaire concentrée, ainsi que de faire avancer le développement de la fusion à base de chlorure en tant que fluide caloporteur de nouvelle génération.