Catégories
parts solar water heater

Heliogen: Bill Gates a soutenu la startup dans l’espoir d’utiliser des miroirs pour alimenter l’industrie lourde

Une approche intelligente du contrôle des miroirs a apporté une percée fondamentale dans le domaine prometteur de l’énergie solaire concentrée. Rapporté par David Fowler

héliogène
L’usine d’Heliogen à Lancaster, en Californie, utilise des miroirs pour produire de l’énergie solaire concentrée à haute chaleur

Une percée dans l’énergie solaire concentrée – et potentiellement pour l’énergie verte industrielle – a été demandée en novembre dernier auprès d’une source inattendue. La société jusqu’alors inconnue Heliogen a annoncé son arrivée en découvrant que pour la première fois, elle a réussi à concentrer l’énergie solaire pour atteindre une température supérieure à 1000 ° C à l’échelle commerciale.

Selon l’entreprise, cela signifie qu’il pourrait remplacer les combustibles fossiles dans des processus industriels critiques tels que la production de ciment, d’acier ou d’aluminium et potentiellement pour le fractionnement thermique de l’eau pour produire de l’hydrogène.

Les réflecteurs spatiaux pourraient stimuler les fermes solaires sur terre

Solar continue de battre le record de dessalement

L’énergie solaire concentrée utilise des miroirs ou des lentilles pour concentrer la lumière du soleil depuis une grande zone du récepteur. Le fondateur et PDG d’Heliogen, Bill Gross, a déclaré que Heliogen «commercial» signifiait que la température était combinée avec une puissance suffisante – entre 250 et 400 kW – pour les besoins industriels. La société essaie d’augmenter ce montant entre 1 MW et 10 MW.

Gross a déclaré que de telles températures avaient été atteintes auparavant, mais seulement avec une puissance d’environ 5 kW, en utilisant un vaisseau parabolique pour concentrer les rayons du soleil. Cependant, avec cette méthode, la mise au point se déplace avec le soleil. Le système héliogène concentre l’énergie sur l’équipement cible monté sur la tour. Sa percée est basée sur l’utilisation de la vision par ordinateur et de logiciels sophistiqués pour contrôler une série de miroirs.

« Lorsque vous voulez qu’un plat concentre la lumière du soleil, tout ce que vous avez à faire est de le diriger vers le soleil », a déclaré Gross. Le suivi du soleil peut être facilement réalisé avec un simple capteur de lumière.

En revanche, l’installation Heliogen à Lancaster, en Californie, compte 400 miroirs de 1,5 m chacun2. Avec environ 33% de la couverture végétale, ils s’étalent sur une superficie totale de 1800m2 .

Gross a expliqué: « Dans notre système, nous devons aligner chaque miroir un peu différemment pour diviser l’angle entre le soleil et la tour » – parce que l’angle d’incidence de la lumière du soleil est égal à l’angle du faisceau réfléchi.

Non seulement tous les miroirs doivent être orientés dans une direction légèrement différente, a-t-il ajouté, « chaque miroir n’est pas dirigé vers le soleil ou la tour mais à mi-chemin – en d’autres termes à un point invisible du ciel ».

Dans la série précédente, cela a été résolu en plaçant chaque miroir au sol très précisément à l’aide de techniques de traitement géodésiques sophistiquées et en rendant chaque miroir très rigide. Ils sont ensuite dirigés dans le sens du suivi de la position calculée du soleil à tout moment.

Cela peut être fait avec une précision limitée, explique Gross. « La plupart des faisceaux ne pointent pas exactement vers la cible, et cette imprécision empêche la réalisation de températures extrêmement élevées. »

héliogène
La technologie utilise un logiciel avancé de vision par ordinateur pour permettre à une série de miroirs de concentrer la lumière sur une seule cible

Lorsqu’elle se reflète à quelques centaines de mètres de la cible, l’éjection sur une fraction de degré peut entraîner une erreur mesurée en mètres sur la cible. Le résultat est généralement un endroit avec un diamètre d’environ 10 m et une température maximale de 600 ° C.

Celui-ci est suffisamment chaud pour générer de la vapeur et démarrer la turbine pour produire de l’électricité, mais il n’est pas compétitif avec l’électricité produite directement à partir de panneaux photovoltaïques.

Gross a déclaré: « Ce que nous avons fait, c’est trouver un moyen de déplacer les rétroviseurs plus précisément » – ainsi que d’éliminer la nécessité de les placer correctement au début. En conséquence, la lumière peut se concentrer sur une zone de la taille d’un panier de basket-ball – 18 pouces (460 mm) de diamètre.

Heliogen y parvient en utilisant la vision par ordinateur et des logiciels personnalisés. Les caméras de la tour sont destinées à toute une gamme de miroirs, enregistrant des vidéos à 30 images par seconde. La vision par ordinateur est utilisée pour analyser la position des bords du miroir et les angles de réflexion de chacun, ainsi que pour ajuster la position toutes les minutes 30 fois par seconde. Chaque miroir reçoit des commandes via une connexion Ethernet et est équipé de deux moteurs électriques sans balais (pour un entretien minimal) pour permettre de petits ajustements continus.

« Nous ne nous appuyons pas sur une position d’enquête ou quoi que ce soit prédéterminé », a déclaré Gross. « Nous regardons juste les rayons montants qui descendent du miroir vers la tour – exactement ce qui nous inquiète. »

La raison pour laquelle cela n’a pas été fait auparavant, a déclaré Gross, est en partie parce que la puissance de traitement insuffisante n’était pas disponible, jusqu’à ce que les processeurs NVIDIA GPU aient suffisamment baissé les prix, permettant une facturation complexe en temps réel.

Deuxièmement, cela nécessitait un développement majeur de logiciels pour l’intelligence artificielle, la reconnaissance d’images et l’analyse de la vision par ordinateur – une propriété intellectuelle fondamentale de l’entreprise. Bien que Heliogen n’ait lancé que récemment la couverture, elle a été publiée en 2013, et Gross estime que 40 à 50 ans d’expérience professionnelle ont été consacrés au développement de logiciels, aboutissant à une démonstration en novembre.

Non seulement des températures sans précédent sont atteintes, mais les coûts du système sont inférieurs. Les rétroviseurs n’ont pas besoin d’être rigides ou soigneusement placés, les deux augmentent le coût. « Notre système est une boucle fermée, comme suivre un miroir avec les yeux ouverts. D’autres systèmes fonctionnent en aveugle et installent des miroirs sur la base de la table d’inspection « , a déclaré Gross. Tout règlement foncier, par exemple, serait remboursé automatiquement.

Les miroirs sont en verre uni avec une base en argent protégée des éléments par une couche de cuivre et un revêtement de peinture extérieure au dos. Le verre n’est que de 3,2 mm d’épaisseur – aussi mince que possible pour une réflexion maximale, mais suffisamment épais pour résister à la grêle.

Les miroirs ne nécessitent pas de matériaux spéciaux – car ils réfléchissent la lumière, ils restent froids. Des briques en céramique réfractaire sont utilisées pour le collecteur, qui sont utilisées à l’intérieur du four pour résister à des températures élevées. Le faisceau lumineux est concentré sur la céramique, que le procédé soit utilisé pour le chauffage, comme la vapeur ou le ciment, placé à l’intérieur.

Gross a trois ambitions pour appliquer la technologie: premièrement, pour les clients qui veulent produire de la vapeur pour des processus industriels; deuxièmement, pour des processus tels que la production de ciment; et troisièmement, pour la division de l’eau et la formation d’hydrogène vert.

héliogène
Le système peut concentrer l’énergie solaire pour atteindre des températures supérieures à 1000 degrés Celsius

Pour un usage industriel, la prochaine phase sera l’intégration du CSP dans les processus de production. La production de ciment, qui représente à elle seule plus de 7% des émissions mondiales de dioxyde de carbone, est actuellement réalisée dans des fours rotatifs. Le processus doit être adapté à l’intégration du CSP.

Gross dit que l’accent initial se concentrerait sur la première phase, la calcination, car c’est là que la majeure partie de l’énergie est utilisée. Lors de la calcination, le calcaire (carbonate de calcium) est chauffé entre 900 et 1000 ° C pour libérer du dioxyde de carbone, laissant de l’oxyde de calcium. Gross prévoit que cela pourrait être réalisé en transportant du calcaire au sommet de la tour sur un tapis roulant en série, pour le chauffage sous la forme d’un four.

Alternativement, la vapeur serait chauffée à 1000 ° C et amenée au niveau du sol dans des tuyaux isolés (avec seulement une baisse de température de 10-20 ° C) ou utilisée pour le chauffage direct du matériau ou utilisée dans un radiateur à convection pour chauffer le four.

L’important, souligne Gross, est que le système Heliogen permet à la vapeur d’être chauffée à la température requise à faible coût, et qu’elle peut être transférée là où la chaleur est nécessaire.

« La prochaine phase est l’intégration avec des processus réels et c’est le travail que nous allons faire avec les clients », a-t-il déclaré.

Après la manifestation de novembre, Heliogen a été approché par plus de 1 000 acheteurs potentiels, bien que la société ne soit pas encore en mesure de divulguer ses noms.

« Nous avons quelques acheteurs qui veulent juste de l’argent pour le processus industriel – nous pouvons le leur vendre immédiatement », a déclaré Gross.

D’autres clients potentiels proposent de travailler ensemble sur la recherche et le développement nécessaires pour personnaliser et intégrer les CSP dans leurs processus. Gross souhaite combiner l’expertise d’Heliogen avec celle des partenaires de l’industrie dans leurs processus. Il est capable de sélectionner ceux qui ont le plus de perspectives du point de vue d’avoir les meilleurs endroits pour la lumière du soleil ou les processus les plus appropriés et sont en négociation pour les signer.

La plupart voudraient exécuter leurs processus 24 heures sur 24, a-t-il ajouté, mais cela peut être réalisé par stockage thermique. Ceci peut encore être réalisé à moindre coût en soufflant de l’air ou de la vapeur chauffée par un capteur solaire sur des briques réfractaires, à partir desquelles la chaleur peut être récupérée pendant la nuit.

Gross décrit l’hydrogène vert comme le «Saint-Graal». Cela représente un défi supplémentaire car la cible devra résister à 1500 ° C. Ensuite, l’hydrogène doit être comprimé et transporté.

Actuellement, l’utilisation du courant solaire photovoltaïque pour l’électrolyse de l’eau n’est pas compétitive avec le reformage du méthane pour la production d’hydrogène. Cependant, Gross pense que le CSP sera plus efficace que le PV car il utilise la chaleur directement du soleil plutôt que de la convertir d’abord en électricité, et encore une fois, le processus pourra se poursuivre pendant la nuit.

Il fixe un calendrier ambitieux pour les applications pratiques, s’attendant à ce que cette technologie soit utilisée par les acheteurs de vapeur cette année, à l’intégration dans des processus tels que la production de ciment ou d’acier l’année prochaine et à la production d’hydrogène d’ici 2022.

L’installation du CSP n’implique pas de gros projet de construction. Seule la tour, d’environ 40 mètres de haut, aurait besoin de compétences de construction importantes. Les miroirs n’ont pas besoin de fondations spéciales et pourraient être installés par une main-d’œuvre non qualifiée. Au fil du temps, ils seront alimentés par des panneaux solaires et connectés par wi-fi, éliminant les câbles.

Du point de vue du financement, Heliogen compte déjà plusieurs investisseurs connus tels que Bill Gates. Plus a été dit que présenté. Gross est convaincu que l’entreprise a le soutien dont elle a besoin. « Nous sommes vraiment bien financés », a-t-il déclaré, « nous pouvons facilement obtenir cela jusqu’au marché ».

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.