Développer des perspectives pour la conversion de l’énergie géothermique océanique

Éruption volcanique sous-marine au large de l’île d’El Hierro, Îles Canaries, 2012 (NASA)

Publié le 9 mai 2021 23:27 par

Harry Valentin

Alors que l’on pense que le noyau terrestre est constitué de matière en fusion, on pense que la majorité des volcans actifs du monde libèrent de grandes quantités d’énergie thermique au fond de l’océan. L’accès à cette énergie thermique et la production d’électricité nécessiteraient des avancées significatives dans la technologie existante de conversion de l’énergie thermique des océans en eaux profondes (OTEC).


Introduction


La combinaison de la plongée récréative et commerciale a révélé une différence de température entre l’eau de mer de surface et l’eau de mer plus profonde dans les régions tropicales. Alors que la température de surface de plus de 95 degrés F se produit à plusieurs endroits tropicaux, la température de l’eau diminue avec la profondeur. Cette différence de température a donné lieu à des recherches sur la conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC) pour générer de l’énergie électrique à l’aide de moteurs organiques à cycle de Rankine. À des profondeurs de 3 300 pieds, la température de l’eau de mer pourrait être aussi basse que 40 degrés F – à moins qu’il n’y ait des volcans actifs libérant des quantités massives d’énergie thermique du fond marin, offrant une nouvelle possibilité pour l’OTEC.



La technologie OTEC existante repose sur les faibles différences de température entre la surface et les profondeurs de l’océan (TU Delft)


Alors que l’activité volcanique sous-marine peut commencer à des profondeurs comprises entre plusieurs centaines et plusieurs milliers de pieds sous le niveau de la mer, la libération continue de magma en fusion entraîne la formation de montagnes sous-marines. Au fil du temps, la libération continue de magma sous-marin fait dépasser les sommets des montagnes au-dessus de la surface de l’océan pour former des îles comme Hawaï, l’Islande et certaines îles des Caraïbes. La chaleur géothermique souterraine sous l’Islande permet à ce pays de générer 25 % de son électricité à partir de l’énergie géothermique. Il existe des sites en eau profonde au large de plusieurs pays où la libération continue de matériaux en fusion augmente considérablement la température de l’eau de mer profonde.


Eau de mer profonde chauffée


Alors que l’eau bout à 212 degrés F à la pression atmosphérique au niveau de la mer, une augmentation de la pression augmente le point d’ébullition. Une profondeur d’eau de mer de 5 000 pieds donne une pression de 2237 psia (160 bar) ce qui fait que l’eau chauffée reste à l’état saturé à 650 degrés F. Les volcans sous-marins libèrent des matériaux en fusion entre 1300 degrés F et 2280 degrés F, générant de la vapeur surchauffée qui monter jusqu’à ce que l’eau de mer environnante refroidisse suffisamment la vapeur pour qu’elle se transforme en liquide saturé. Cette eau de mer chauffée constitue la base de la future conversion de l’énergie thermique des océans.


Les volcans sous-marins offshore se produisent dans des endroits proches de l’île nord de la Nouvelle-Zélande, de l’Islande, du Japon, du sud de l’Indonésie, d’Hawaï, de l’est de Taïwan, des Philippines et du sud de l’Italie. Au cours de la dernière décennie, le gouvernement islandais a en fait envisagé de développer un câble électrique sous-marin pour se connecter à l’Irlande et au Royaume-Uni, avec de futures extensions possibles en Europe occidentale. L’initiative visait à attirer des investissements dans le développement du vaste potentiel d’énergie géothermique de l’Islande. L’intérêt accru pour l’expansion de la production d’électricité sans carbone inciterait probablement à prendre des initiatives pour accéder aux eaux profondes offshore à haute température de l’Islande dans le but de développer la conversion de l’énergie thermique des océans à plus haute température.


Modification de l’OTEC


La technologie OTEC originale impliquait une structure semi-submersible flottant à la surface de l’océan d’un emplacement tropical reliée par des câbles de tension et des tuyaux isolés aux prises d’eau. Les structures flottantes offrent l’avantage de pouvoir utiliser des éléments de structure tendus pour supporter le poids de la tuyauterie. Une série de bouées fixées à intervalles réguliers à chaque câble de tension et à chaque tuyau isolé réduirait les contraintes de traction le long du tuyau. L’adaptation de la technologie pour accéder à l’eau profonde chauffée par les volcans actifs du fond marin impliquerait probablement d’étendre le tuyau de prise d’eau chaude à une profondeur extrême.


La nature du gradient de température entre la surface de la mer et le fond marin déterminerait quelle profondeur d’eau de mer serait utilisée comme dissipateur de chaleur dans un moteur thermique. Un volcan sous-marin libérerait probablement des matériaux qui resteraient dissous dans l’eau de mer chauffée jusqu’à ce que la température refroidisse, provoquant la formation de dépôts minéraux à l’intérieur des tuyaux. L’utilisation d’un échangeur de chaleur ultra-profond, peut-être en acier inoxydable, transférerait la chaleur d’une grande profondeur vers un système de tuyauterie en boucle fermée tout en empêchant la formation de dépôts minéraux à l’intérieur des tuyaux lorsque la chaleur est transportée vers la surface.


Câbles de tension


Une technologie flottante offshore semi-submersible qui accède à l’énergie thermique en haute mer devrait être sécurisée à l’aide de câbles de tension sous-marins suspendus par des bouées, à un point sûr au-delà de la région volcanique du fond marin où les câbles devraient être ancrés afin de minimiser les mouvements horizontaux. de l’assemblée. Des câbles de tension partiellement portés par des bouées s’étendraient jusqu’à l’échangeur de chaleur en profondeur. La chaleur libérée par un volcan sous-marin ferait monter l’eau chauffée vers le haut sous forme de panache ou de courant de convection et se refroidirait à mesure qu’elle s’élève. Un échangeur de chaleur pourrait accéder à la chaleur à 210 degrés F à 570 degrés F.


La température qui arrive au moteur dans l’ensemble flottant déterminerait si une machine à vapeur utilisant de l’eau distillée ou une forme de moteur organique à cycle de Rankine convertirait la chaleur entrante en énergie électrique. Les bouées transporteraient des câbles électriques submergés et suspendus de l’ensemble flottant vers une région située au-delà de la zone volcanique active du fond marin, d’où les câbles électriques commenceraient à reposer sur le fond marin à mesure qu’ils s’étendraient vers la terre. L’emplacement offshore optimal pour une centrale électrique flottante serait éloigné des voies de navigation commerciales.


conclusion


La technologie OTEC installée dans des endroits tropicaux comme au large de l’Inde ou d’Hawaï fonctionne sur une différence de température allant jusqu’à 60 degrés F entre la surface de l’océan et une plus grande profondeur. L’efficacité de conversion d’énergie est minime. La technologie OTEC largement modifiée qui accède à la chaleur volcanique sous-marine peut fonctionner sur une différence de température de plus de 200 degrés F, en utilisant la température de l’eau de mer près de la surface comme dissipateur thermique. Le résultat est la combinaison d’une plus grande efficacité de conversion d’énergie et d’une plus grande puissance de sortie d’une seule installation, obtenue après avoir résolu les défis techniques de la conversion de la chaleur volcanique des fonds marins en énergie électrique.

Les opinions exprimées ici sont celles de l’auteur et pas nécessairement celles de The Maritime Executive.

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