Réduction de la consommation d’eau dans les centrales solaires à concentration avec refroidissement radiatif et stockage à froid

Réduction de la consommation d'eau dans les centrales solaires à concentration avec refroidissement radiatif et stockage à froid

Pour réduire la consommation d’eau pour le refroidissement des panneaux solaires à concentration (CSP), les scientifiques ont développé une technique de refroidissement supplémentaire pour les CSP refroidis par voie humide qui combine la méthode de refroidissement par rayonnement avec le stockage à froid. Crédit : coniferconifer

Pour faire face à la crise climatique et énergétique actuelle, le monde se dirige vers une économie énergétique durable. Les centrales solaires à concentration (CSP) deviennent un acteur majeur dans ce domaine. Les centrales CSP utilisent des lentilles et des miroirs répartis sur une vaste région pour concentrer la lumière du soleil sur le récepteur des panneaux solaires, puis convertir l’énergie solaire en énergie électrique via des moteurs à vapeur ou des turbines. Les moteurs à vapeur doivent être refroidis régulièrement pour maintenir l’efficacité de conversion à haute puissance.

Généralement, les centrales électriques à vapeur utilisent la méthode de refroidissement humide à forte consommation d’eau pour dissiper la chaleur résiduelle générée. Cependant, de tels processus peuvent perdre de grandes quantités d’eau en raison de l’évaporation et, par conséquent, exiger un approvisionnement constant en eau. Cela pose un sérieux problème car la plupart des centrales CSP sont installées dans des régions chaudes et sèches avec des ressources en eau limitées.

Dans une étude récente publiée pour la première fois en ligne le 25 février 2022 dans Stockage et économie d’énergie, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Ronggui Yang de l’Université des sciences et technologies de Huazhong, en Chine, a trouvé un moyen de rendre le processus de refroidissement moins intensif. Ils ont développé une méthode de refroidissement qui combinait le refroidissement radiatif avec le stockage à froid et, lorsqu’elle était utilisée simultanément avec le refroidissement par voie humide, réduisait considérablement la quantité d’eau consommée chaque année.

Interrogé sur la motivation derrière leur étude, le professeur Yang déclare : « Les environnements difficiles, ainsi que la demande croissante en eau dans d’autres secteurs tels que l’agriculture, l’industrie et les usages domestiques, concurrencent sévèrement les centrales électriques pour les ressources en eau. En conséquence, nous voulait développer une technique qui rendrait le refroidissement humide des centrales électriques moins gourmand en eau tout en maintenant l’efficacité thermique souhaitée.”

La technique de refroidissement auxiliaire développée par l’équipe a combiné le meilleur du refroidissement sec et humide. Le refroidissement radiatif avec stockage à froid est une méthode de refroidissement à sec qui implique des refroidisseurs constitués d’un matériau hautement réfléchissant le soleil avec la capacité de diriger la dissipation de chaleur à des longueurs d’onde infrarouges sélectives dans l’espace lointain sans absorption dans l’environnement environnant.

L’équipe a ajouté un système de refroidissement radiatif à la tour de refroidissement par évaporation d’une centrale CSP de référence similaire au projet solaire de Mojave aux États-Unis. Pour tester le potentiel du système conçu, ils ont créé des modèles informatiques pour suivre le potentiel d’économie d’eau des systèmes de refroidissement radiatifs de jour uniquement et de jour et de nuit. L’équipe a étudié le potentiel de refroidissement et d’économie d’eau dans plus de 3000 endroits de différentes conditions météorologiques dans le pays.

Les résultats ont montré que la consommation annuelle d’eau pouvait être réduite de 40 à 60 % dans la région chaude du sud-ouest des États-Unis en adoptant un refroidissement radiatif uniquement diurne. Cependant, si les systèmes radiatifs ainsi que le stockage à froid fonctionnaient jour et nuit, le potentiel annuel d’économie d’eau pourrait atteindre 65 à 85 %.

La méthode proposée fournit un moyen efficace de maintenir l’efficacité thermique des centrales CSP refroidies par voie humide avec une consommation d’eau réduite. Les connaissances acquises dans cette étude pourraient être utiles pour concevoir des systèmes de refroidissement avancés 24 heures sur 24 pour les centrales CSP. « La consommation mondiale d’eau par le secteur de la production d’électricité devrait doubler au cours des quatre prochaines décennies. La conception de notre système de refroidissement supplémentaire peut aider à répondre à la demande croissante en eau des centrales électriques situées dans des régions en situation de stress hydrique au milieu des déserts et des régions arides », conclut le professeur Yang.


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Plus d’information:
Ablimit Aili et al, Radiative Cooling and Cold Storage for Concentrated Solar Power Plants, Stockage et économie d’énergie (2022). DOI: 10.1016/j.enss.2022.02.002

Fourni par Cactus Communications

Citation: Réduire la consommation d’eau dans les centrales solaires à concentration avec refroidissement radiatif et stockage à froid (2022, 23 mai) récupéré le 23 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-usage-solar-power-radiative-cooling. html

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