Le potentiel et les défis du développement de l’énergie bleue

Plus tôt ce mois-ci, j’ai entendu un conférencier de l’université locale parler d’énergie bleue. En tant que personne qui a fait des recherches sur les sources d’énergie qui nous éloignent des combustibles fossiles, le sujet a piqué mon intérêt. Je suis aussi un résident de la Floride, donc je suis fasciné par le vaste océan que je vois devant moi.

Comment exploiter l’océan pour créer de l’énergie renouvelable ?

La conférence que j’ai entendue sur l’énergie bleue, intitulée « L’énergie du Gulf Stream : le potentiel et les défis du développement de l’énergie bleue», a été présenté par Bill Baxley, qui est ingénieur en chef à la branche portuaire de la Florida Atlantic University (FAU). Bill travaille avec le Centre national des énergies renouvelables marines du Sud-Est (SNMREC) à la FAU, et il a mené de nombreuses études pour faire progresser la science et la technologie de récupération de l’énergie à partir des ressources renouvelables des océans.

Les marées, les courants et les vagues océaniques représentent l’énergie hydrocinétique marine – l’énergie de l’eau de mer en mouvement. L’énergie des océans, bien que renouvelable, propre et abondante, doit être convertie en électricité avant de pouvoir remplacer les formes d’énergie plus traditionnelles. Pour ce faire, il faut de la technologie – des machines d’un type ou d’un autre.

Comme de nombreux ingénieurs de l’énergie bleue, Bill abat les obstacles, un par un, en utilisant une technologie de pointe dans l’espoir d’extraire de l’énergie accessible de l’océan. Parfois, une technologie semble « intuitive », dit-il, « mais vous devez également la prouver » afin de rendre les nouvelles technologies applicables à de multiples applications. Des modèles de données sont nécessaires pour que le financement « y consacre des ressources ».

Qu’est-ce que l’énergie bleue, de toute façon ?

L’énergie bleue, parfois appelée énergie des océans, fait référence aux technologies qui récoltent l’énergie renouvelable des océans, à l’exclusion des vents. L’énergie des océans peut être récoltée sous plusieurs formes :

Il existe de nombreuses considérations lors du développement de l’énergie bleue. Par exemple, plus on s’éloigne de l’équateur, plus les marées sont hautes : 3 pieds en Floride, 30 pieds dans le Maine. De plus, pour être une source d’énergie viable, l’énergie renouvelable doit être récoltée assez près de l’endroit où elle sera utilisée par une population humaine.

Le SNMREC met un accent particulier sur les courants océaniques et les ressources thermiques offshore disponibles dans le sud-est des États-Unis.

Des observations à grande échelle de la structure du courant de Floride révèlent un « noyau » d’écoulement relativement rapide (~2 m/s) près de la surface à environ 20 km au large de la côte sud-est de la Floride. Bien qu’en moyenne, toute l’eau du détroit de Floride coule vers le nord, c’est ce noyau du courant de Floride qui intéresse le plus les développeurs d’énergie, car la puissance qui peut être obtenue à partir d’un fluide en mouvement est proportionnelle au cube de la vitesse du fluide.

L’énergie thermique des océans est conceptuellement assez simple, car elle fonctionne exactement comme les centrales électriques traditionnelles.

  • Une source de chaleur (telle que la combustion du charbon) est utilisée pour faire bouillir un fluide de travail (eau), créant de la vapeur à haute pression.
  • La vapeur à haute pression est utilisée pour faire tourner une turbine et un générateur, et de l’électricité est produite.
  • Une fois passée la turbine, la vapeur est refroidie en eau liquide à l’aide d’une source « froide » – généralement de l’air, dans le cas des centrales électriques traditionnelles.

Ce processus s’appelle un cycle de Rankine. La conversion de l’énergie thermique des océans utilise généralement la différence de température entre l’eau de mer de surface chaude et l’eau froide près du fond de l’océan pour entraîner un cycle de Rankine, dans lequel un fluide de travail s’évapore à la température la plus élevée et se recondense à la température la plus basse. La «vapeur» résultante (qu’il s’agisse d’eau ou d’une autre substance) peut entraîner une turbine et un générateur ou un autre dispositif de conversion mécanique.

Ainsi, la différence de température entre la surface de l’océan et les eaux profondes devient une source d’énergie bleue – l’énergie thermique des océans.

Courant dans le détroit de Floride, possibilités pour l’énergie bleue

Ce qui est moins bien compris, c’est la variabilité de la vitesse et de la position du noyau à grande vitesse de Floride. Parce qu’une telle variabilité est d’un grand intérêt pour la communauté de l’énergie océanique, le SNMREC a entrepris un programme d’observation utilisant des déploiements à long terme de profileurs acoustiques de courant. Ces systèmes utilisent des ondes sonores sous-marines, de la même manière que le radar utilise des ondes radio dans l’atmosphère.

En positionnant un profileur de courant acoustique orienté vers le haut près du fond, il est possible d’obtenir la vitesse et la direction du courant dans toute la colonne d’eau. Ces profils de courant sont mesurés toutes les demi-heures ; en utilisant plusieurs de ces systèmes de profilage, les variations dans le temps et dans l’espace peuvent être déduites, analysées et évaluées pour leurs implications pour la récupération des énergies marines renouvelables.

Le SNMREC a également déployé des systèmes radar basés à terre qui utilisent la rétrodiffusion de la surface de la mer pour déduire le courant de surface sur une vaste zone offshore, qui comprend les positions des systèmes de profilage acoustique. La combinaison de ces deux approches fournit une évaluation plus détaillée du courant de Floride et de ses variations à petite échelle qu’auparavant.

Aux températures océaniques, des mélanges ammoniac/eau peuvent être utilisés comme fluide de travail, à condition qu’une différence de température eau de surface/eau profonde d’environ 20°C soit disponible. Étant donné que le courant de Floride fournit une source constante d’eau tropicale chaude dans le détroit de Floride et que l’eau du fond du détroit reste beaucoup plus froide, il existe un potentiel de conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC) au large du sud-est de la Floride.

La question est où et combien ?

Pour répondre à cette question, le SNMREC a entrepris un programme de mesures de température à l’aide d’un instrument standard conductivité-température-profondeur (CTD) déployé à partir d’un petit navire de recherche. Les sections transversales est-ouest qui mesurent la température en fonction de la profondeur – c’est-à-dire la stratification de la température – sont répétées à partir de Miami, Fort Lauderdale, Lake Worth et Stuart selon un calendrier mensuel.

Les premiers résultats ont révélé que l’eau froide au fond du détroit de Floride est également présente sur la caractéristique bathymétrique connue sous le nom de Miami Terrace, ce qui signifie que d’environ North Miami à Boca Raton, il y a un réservoir d’eau froide près du rivage et environ 200 mètres de profondeur.

Les appareils sont idéalement placés au centre du détroit de Floride en raison de la cohérence et du manque d’impact de la Floride ou des Bahamas.

La cartographie multifaisceaux utilise le sable pour mesurer une «bande» du fond de l’océan. Viennent ensuite des robots sous-marins qui reproduisent les mêmes données avec le fond de carte. Ensuite, une carte de l’habitat est dessinée pour voir si les organismes ou le fond marin seraient endommagés.

Systèmes de génération de courant en haute mer

Nulle part peut-être la notion d’interactions n’est plus incarnée que dans le cas des systèmes de génération de courant en haute mer et de l’environnement physique, en particulier lorsque des déploiements à l’échelle commerciale sont envisagés.

Il semble évident que la suppression d’une fraction importante de l’énergie cinétique du courant de Floride pour produire de l’électricité aura un effet sur le débit. Bien que l’on puisse affirmer que les processus à grande échelle responsables du courant de Floride ne seront pas modifiés, et donc que la quantité totale d’eau transportée vers le nord à travers le détroit de Floride ne changera pas, on ne peut pas en dire autant des détails de l’écoulement. et ses variantes.

À l’inverse, des modifications à très petite échelle des détails de l’écoulement (c’est-à-dire le sillage d’un système de turbine individuel) seront une considération importante pour la conception de réseaux de systèmes et même pour la conception de composants individuels tels que les rotors.

Les défis de la recherche sur l’énergie bleue dans le détroit de Floride comprennent les eaux profondes, la distance du rivage, les débits élevés continus, le débit principal près de la surface et les tempêtes tropicales.

Compte tenu du coût prohibitif des véritables expériences, l’approche la plus efficace pour résoudre ces problèmes réside souvent dans la simulation par ordinateur. À cette fin, le SNMREC et le Center for Ocean Atmosphere Prediction Studies (COAPS) de la Florida State University se sont associés pour utiliser des modèles de circulation océanique de pointe afin d’étudier ces interactions. Dans le processus, des relations utiles et intéressantes entre la puissance disponible dans le courant de Floride et le transport de masse total à travers le détroit de Floride sont découvertes, des informations qui aideront les stratégies des développeurs pour l’avenir.

la source: Centre national des énergies marines renouvelables du sud-est


 

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