Hawaï est le premier à exploiter les températures des profondeurs océaniques pour l’électricité

Une petite mais opérationnelle usine de conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC) a été inaugurée à Hawaï la semaine dernière, ce qui en fait la première au monde. L’ouverture de l’installation de 100 kilowatts a marqué la première fois qu’une usine OTEC à cycle fermé sera connectée au réseau américain. Mais cette quantité d’énergie produite ne peut alimenter que 120 foyers hawaïens pendant un an, une infime goutte d’eau dans l’océan pour les besoins énergétiques de l’État insulaire. La promesse que l’OTEC réserve aux autres régions est encore moins certaine.

Les États-Unis sont entrés dans la recherche OTEC en 1974 avec la création du Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority (NELHA). Mais après des décennies d’investissement dans le développement d’OTEC, ce nouveau projet financé par la Marine est toujours considéré par beaucoup comme un moyen de tester le processus plutôt que de garantir la place d’OTEC en tant que technologie renouvelable viable.

La société qui a développé l’installation, Makai Ocean Engineering, tire son nom du mot hawaïen « makai », qui signifie « vers l’océan ». Hawaï, qui dépend fortement des combustibles fossiles importés pour répondre à sa demande énergétique, pourrait en effet devoir se tourner vers l’océan pour atteindre son objectif ambitieux d’avoir 100 % d’énergie renouvelable d’ici 2045. . David Ige a déclaré dans un communiqué.

Robert Freeman, porte-parole de l’Office of Naval Research, a qualifié le projet financé en partie par l’ONR de « prototype ». Grâce à cette usine, le bureau essaie de comprendre quels sont les défis liés au développement d’OTEC, a-t-il déclaré. Les revenus générés par l’usine, qui approvisionnera l’installation NELHA où elle est située, seront réinvestis pour financer davantage de recherche et développement dans la technologie OTEC.

« Comme il ne se passe pas grand-chose du côté OTEC, avoir tout ce qui fonctionne, visible, même petit, est formidable », a déclaré Gérard C. Nihous, un expert OTEC à l’Université d’Hawaï. « Vous regardez des systèmes minuscules, minuscules qui en eux-mêmes ne sont pas significatifs », a-t-il déclaré. « Leur importance réside dans leur capacité à démontrer le processus. »

L’usine de Makai est conçue pour puiser dans les eaux de surface océaniques plus chaudes pour vaporiser l’ammoniac, qui bout et crée de la vapeur à une température relativement basse. La vapeur fait tourner une turbine et produit de l’électricité. L’eau froide extraite des profondeurs de l’océan est ensuite utilisée pour refroidir et condenser l’ammoniac en un liquide, qui est ensuite recyclé dans le système, connu sous le nom de système en boucle fermée. L’autre technologie OTEC couramment utilisée, appelée système ouvert, ne repose pas sur un milieu, mais utilise l’eau de mer vaporisée elle-même pour faire fonctionner la turbine.

Un petit moteur qui pourrait transformer l’énergie du littoral : la conversion de l’énergie thermique des océans utilise la différence de température entre l’eau de surface chaude et les profondeurs beaucoup plus froides pour faire bouillir l’ammoniac, en utilisant la vapeur qui en résulte pour produire de l’électricité.

Graphique avec l’aimable autorisation de Makai Ocean Engineering.

Système chinois en préparation
Actuellement, il n’y a pas de centrales OTEC opérationnelles qui produisent de l’électricité à l’échelle commerciale. Il en existe environ une douzaine à travers le monde, mais leur capacité est limitée et la plupart produisent moins de 1 mégawatt d’électricité. En revanche, les États-Unis disposent actuellement de 20 gigawatts de capacité solaire installée.

Lockheed Martin, un important fabricant de matériel de défense, impliqué dans le développement de la technologie depuis des décennies, a récemment annoncé un nouveau projet OTEC en Chine. La société a conclu un protocole d’accord avec un promoteur immobilier chinois, Reignwood Group, pour une centrale offshore de 10 MW qui alimentera une station verte. « Les travaux d’ingénierie initiale du système, de conception, d’évaluation du site et d’identification de la base d’approvisionnement sont terminés. Nous travaillons à la finalisation d’un site afin que les activités de conception détaillée, de pré-construction et d’autorisation puissent commencer », a déclaré Lockheed Martin dans un e-mail.

La société a par le passé travaillé en étroite collaboration avec la Marine sur la recherche et le développement OTEC. Il a soumis un « contrat de conception de concept achevé » pour une centrale OTEC de 10 MW à Hawaï au Commandement de l’ingénierie des installations navales (NAVFAC) en 2011. « Il n’y a eu aucun suivi des travaux avec NAVFAC pour développer une centrale OTEC à Hawaï », a-t-il déclaré. .

« La technologie est simple à comprendre mais très difficile à mettre en œuvre sur le terrain », a déclaré Nihous à propos d’OTEC. « Il y a des défis d’ingénierie, mais la plupart des raisons de son développement incomplet sont économiques. »

La plupart des développeurs doivent faire face à des coûts d’investissement initiaux prohibitifs, même pour des projets à petite échelle. Pour les projets achevés et ceux en préparation aujourd’hui, une grande partie du financement provient des gouvernements et des développeurs de technologies. Cependant, une mise à l’échelle nécessiterait un financement du secteur privé, qui n’est pas disponible actuellement.

La marine espère couper l’énergie à terre
Le projet Makai, dont le prix s’élevait à environ 5 millions de dollars, a été financé par l’ONR et NAVFAC. « Une installation OTEC de cette taille coûte environ 3 millions de dollars à construire. Aménagement de l’usine pour la R&D [research and development] augmenté les coûts jusqu’à [more than] 5 millions de dollars », a déclaré un représentant de la société Makai dans un e-mail.

Le projet cadre bien avec l’ambition de la Marine d’être l’un des premiers à adopter les technologies d’énergie propre et de l’aider à atteindre ses propres objectifs en matière d’énergie propre. La Marine répond actuellement à environ 12 % de ses besoins énergétiques totaux grâce à des sources renouvelables. Son objectif est de s’approvisionner à 50% en énergie à terre auprès de sources alternatives d’ici 2020, a déclaré Freeman.

Alors que son développement a été retardé, personne ne nie que l’OTEC est une source d’énergie renouvelable attrayante, pour plus d’une raison. Le potentiel de la technologie, qui canalise l’énergie solaire, est indéniablement énorme. Les océans couvrent 71% de la surface de la Terre et 1 mètre carré de surface océanique reçoit en moyenne environ 175 watts d’irradiation solaire. La quantité totale d’énergie solaire reçue dans le monde est donc d’environ 90 pétawatts ; exploiter ne serait-ce qu’une fraction de cette énergie suffirait à répondre à la demande énergétique mondiale.

Mais pour produire de l’électricité à l’aide des technologies OTEC existantes, la différence de température entre les eaux profondes froides et chaudes de surface doit être d’au moins 20 degrés Celsius (36 degrés Fahrenheit), ce qui signifie que les plantes doivent avoir accès à l’eau de l’océan profond. Le nombre de sites à travers le monde où la production d’électricité OTEC est possible n’est que de quelques centaines. « C’est vraiment une technologie tropicale uniquement », a déclaré Nihous. « Si vous le regardez du point de vue de l’Europe occidentale, du Japon, de l’Amérique du Nord et d’autres pays développés riches, l’impact est vraiment limité aux régions périphériques comme Hawaï, Guam et les Samoa américaines. »

Il y a aussi la question de savoir comment l’OTEC se compare aux autres ressources renouvelables qui ont réussi à atteindre la maturité commerciale. L’un des principaux avantages de l’OTEC par rapport aux autres énergies renouvelables, telles que l’énergie éolienne et solaire, est le fait qu’OTEC est une source de charge de base, ce qui signifie qu’il s’agit d’une source d’énergie constante et stable, contrairement à l’énergie solaire et éolienne, qui sont des sources intermittentes sujettes aux fluctuations liées aux conditions météorologiques. Cela rend l’énergie générée par l’OTEC trois fois plus précieuse que d’autres sources, selon certaines estimations.

« L’ONR a l’intention de continuer à financer la recherche à Makai sur les technologies OTEC, sous réserve de la disponibilité de fonds dans les années à venir », a déclaré Freeman.

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