Design of a Hybrid Geothermal and Concentrated Solar Power System with Thermal Storage
Cette étude démontre que l'intégration de l'énergie solaire concentrée avec stockage thermique à la centrale géothermique d'Olkaria IV au Kenya atténue efficacement le déclin du réservoir tout en fournissant une énergie pilotable techniquement saine et économiquement viable, comme en témoignent un TRI de 29,81 % et une valeur actuelle nette de plus de 1,7 milliard de dollars sur une durée de vie de 25 ans.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète
Imaginez la centrale géothermique d'Olkaria IV au Kenya comme une machine à café géante et fiable qui fonctionne grâce à la propre chaleur interne de la Terre. Elle tourne depuis des années, mais comme toute vieille machine, elle commence à montrer des signes de fatigue. Les « grains de café » (l'eau chaude souterraine et la vapeur) refroidissent un peu et perdent de la pression, ce qui fait que la production de la machine chute d'environ 0,7 % chaque année. C'est une fuite lente dans le système qui menace de rendre les lumières plus faibles avec le temps.
Les chercheurs de l'Université Jomo Kenyatta d'agriculture et de technologie ont eu une idée brillante : et si nous pouvions brancher cette machine à café géothermique sur une lampe de poche solaire géante et surpuissante ?
Ils ont conçu un système « hybride » où la centrale géothermique existante reçoit un coup de pouce de la part de l'énergie solaire concentrée (CSP). Considérez la partie solaire comme une équipe de 3 895 miroirs géants et dansants (héliostats) disposés en cercles parfaits. Ces miroirs captent les rayons du soleil et les renvoient vers une tour centrale, chauffant un fluide spécial. Ce n'est pas n'importe quel fluide ; c'est comme une batterie thermique faite de sels fondus qui peut retenir la chaleur comme une couverture d'hiver douillette.
Voici le tour de magie : quand le soleil brille intensément, le système solaire chauffe l'eau géothermique avant qu'elle ne frappe les turbines, ou surchauffe la vapeur après qu'elle a été séparée. C'est comme donner à la centrale géothermique un shot d'espresso pile au moment où elle en a le plus besoin. Mais le véritable génie réside dans le stockage. Lorsque le soleil est haut et que la centrale géothermique tourne au ralenti, le système solaire stocke la chaleur excédentaire dans ces sels fondus. Ensuite, quand le soleil se couche ou que la pression géothermique baisse, la centrale peut puiser cette chaleur stockée dans la « couverture » pour maintenir le flux d'électricité à la demande.
L'équipe a testé cette idée via de puissantes simulations informatiques utilisant les outils SAM et MATLAB. Ils n'ont pas encore construit la centrale physique ; ils ont construit un jumeau numérique parfait pour voir comment elle se comporterait sur 25 ans.
Les résultats de ces simulations sont assez passionnants. En ajoutant les miroirs solaires et la batterie de stockage thermique, la centrale hybride pourrait produire 22,23 % d'électricité en plus en une seule année par rapport à la centrale géothermique seule. Sur une durée de vie de 25 ans, la production totale d'énergie bondit de 26,32 %. Au cours de la toute première année de cette opération simulée, le système hybride produirait 1 467 525 376 kWh d'électricité, contre les 1 330 433 536 kWh que la centrale géothermique produit seule.
Bien sûr, construire cette machine survoltée n'est pas donné. La simulation montre qu'elle nécessiterait un investissement initial de 886 990 336 $. C'est une sacrée somme ! En raison de ce coût élevé, le prix pour générer chaque unité d'électricité (le coût actualisé de l'énergie, ou LCOE) s'élève à 12,23 ¢/kWh en termes réels, ce qui est un peu plus élevé que les 9,80 ¢/kWh de la centrale géothermique seule.
Cependant, le tableau financier semble très prometteur sur le long terme. La simulation suggère que ce système hybride serait une source de profit, générant une valeur actuelle nette (VAN) de 1 766 798 208 $ sur sa durée de vie. Il affiche également un taux de rendement interne (TRI) de 29,81 %, que le modèle prévoit d'atteindre dès la 20e année. C'est un bond énorme par rapport au TRI de seulement 8,52 % de la centrale géothermique autonome.
L'étude a également examiné l'efficacité avec laquelle l'énergie est utilisée. La partie géothermique seule est la plus efficace avec 61,98 %, tandis que la partie solaire se situe à 35 %. Lorsque l'on mélange les deux dans cette configuration hybride, l'efficacité globale se stabilise à 51,31 %. C'est un peu inférieur à la géothermie seule, mais le compromis est que vous obtenez beaucoup plus de puissance totale et un système qui ne dépend pas uniquement du fait que le soleil brille ou que le sol reste chaud éternellement.
En résumé, ces simulations suggèrent que coupler l'énergie géothermique du Kenya avec l'énergie solaire et le stockage thermique est une décision intelligente. Cela corrige le problème de la perte progressive de vapeur de la centrale géothermique, ajoute une réserve fiable qui fonctionne même quand le soleil se couche, et pourrait faire de ce projet une réussite financière pour le pays. C'est une façon de maintenir les lumières allumées, plus brillamment et plus longtemps, en laissant la Terre et le Soleil travailler ensemble en équipe.
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