Une technologie innovante capte l’énergie de la chaleur résiduelle

Les générateurs sans carburant ni émissions convertissent la chaleur résiduelle de faible qualité des générateurs diesel en électricité.

En 2014, trois générateurs à cycle organique de Rankine (ORC) ont été installés pour transformer en électricité la chaleur résiduelle de trois groupes électrogènes diesel de la centrale électrique de Dutch Harbor, dans les îles Aléoutiennes isolées de l'Alaska. Les générateurs captent la chaleur perdue à des températures aussi basses que 170 F provenant de l'eau de chemise de deux moteurs diesel Wärtsilä W12V32 et de deux moteurs diesel Caterpillar C280-16.

Même à cette basse température de chaleur perdue, les générateurs fournissent environ 75 kW de puissance brute au site. L'électricité produite est envoyée directement au réseau, où les coûts résidentiels de l'électricité peuvent atteindre 0,50 $/kWh, parmi les plus élevés d'Amérique du Nord et quatre fois la moyenne nationale américaine de 0,12 $/kWh.

1. Le POWER+ GENERATOR 4400 génère jusqu'à 75 kW et est idéal pour la chaleur résiduelle à faible débit. Dans cette image, un opérateur surveille le fonctionnement de l'unité à l'aide de l'interface homme-machine. Avec l'aimable autorisation de : ElectraTherm

La ville d'Unalaska et l'Alaska Energy Authority ont acheté les trois générateurs (Figure 1) pour utiliser la ressource de chaleur résiduelle inexploitée existante de la centrale électrique, réalisant ainsi le potentiel d'économiser des dizaines de milliers de dollars par an en coûts de carburant. La réduction des charges de refroidissement constitue un avantage supplémentaire car les installations réduisent le travail de refroidissement des radiateurs requis pour les moteurs diesel. Les trois générateurs ORC utilisent une boucle de refroidissement, fournie par de l'eau de mer avec une température d'entrée moyenne de 45F.

Les générateurs ont été fournis par ElectraTherm et sont contrôlés par un automate programmable (PLC) AutomationDirect, qui fournit toutes les fonctions de contrôle et de surveillance requises. Une interface homme-machine (IHM) est également fournie par AutomationDirect, permettant aux opérateurs de visualiser et d'ajuster le fonctionnement selon les besoins.

Dans un moteur alternatif stationnaire typique alimenté au diesel, au gaz naturel ou au biogaz, seulement environ 33 % de l'énergie du carburant appliquée (combustion) est convertie en électricité, l'énergie restante étant perdue sous forme de chaleur perdue. Certaines des principales pertes à basse température comprennent 27 % de perte due à la chaleur du radiateur et 5 % de perte due à la friction. 35 % supplémentaires sont perdus sous forme de chaleur à haute température dans les gaz d'échappement.

Ce niveau de chaleur perdue est courant dans les moteurs alternatifs. De plus, les gaz d'échappement chauds provenant de pratiquement tous les processus de combustion, tels que ceux utilisés pour allumer les fours, les fours, les incinérateurs, les oxydants thermiques et les chaudières, contiennent une grande fraction de l'énergie initiale du combustible consommé. Lorsque cette chaleur est récupérée et convertie en électricité, l’efficacité globale de l’usine augmente.

Dans le passé, il n'existait pas beaucoup de produits commerciaux éprouvés pour convertir ces types de chaleur résiduelle en électricité, de sorte que les opérateurs n'avaient d'autre choix que d'accepter la perte de chaleur dans l'atmosphère. Aujourd'hui, ElectraTherm a déployé plus de 70 unités dans le monde avec plus de 1,2 million d'heures d'expérience cumulée sur sa flotte, permettant ainsi à ses clients d'économiser des millions de dollars.

La conception POWER+ GENERATOR et ses technologies exclusives associées permettent la production d'énergie à partir de sources de chaleur à basse température allant de 170F à 270F. Cette technologie de valorisation de la chaleur résiduelle convertit diverses sources d'énergie en électricité, notamment la chaleur résiduelle générée par les moteurs à combustion interne, la petite géothermie, la biomasse, l'énergie solaire concentrée et la chaleur industrielle.

La principale application consiste à transformer la chaleur perdue des moteurs à combustion interne stationnaires en énergie. Les sites d'installation typiques incluent la production d'électricité de premier ordre dans les zones reculées, les îles et les pays en développement ; groupes électrogènes au biogaz, y compris les usines de décharge et de traitement des eaux usées ; stations de compression de gaz naturel; et les biocarburants renouvelables.

ElectraTherm utilise la technologie ORC (Figure 2), un procédé similaire à celui utilisé dans une machine à vapeur. La principale différence avec la technologie ORC est que l’eau utilisée dans une machine à vapeur est remplacée par un fluide dont le point d’ébullition est bien plus bas. Le processus ORC est comme un réfrigérateur fonctionnant à l’envers, où le flux de chaleur est utilisé pour produire de l’électricité.