Centrales géothermiques

Figure 1. Centrale géothermique (vapeur flash, cycle combiné) en Islande.

Les centrales géothermiques sont utilisées pour produire de l'électricité en utilisant l'énergie géothermique (l'énergie thermique interne de la Terre). Elles fonctionnent essentiellement de la même manière que des centrales au charbon ou des centrales nucléaires, la différence principale étant la source de chaleur. Dans une centrale géothermique, la chaleur de la Terre remplace la chaudière d'une centrale au charbon ou le réacteur d'une centrale nucléaire. Cliquez ici pour apprendre plus sur la production de cette chaleur.

L'eau chaude ou vapeur est extraite de la Terre à travers une série de puits et utilisée pour alimenter la centrale. Dans la plupart des centrales géothermiques, l'eau extraite du sol est renvoyée au sous-sol. Le débit d'eau utilisée est souvent plus élevé que le débit d'eau renvoyée de sorte que des approvisionnements en eau supplémentaires sont généralement nécessaires pour compenser ce manque.

Types

Il existe 3 types principaux de centrales géothermiques, le cycle flash étant le plus courant. Le choix du type de centrale dépend de la quantité d'énergie géothermique disponible et de la chaleur de la ressource. Plus la ressource est chaude, moins de fluide doit sortir du sol pour qu'on en profite, et plus elle est utile. Quelques détails de chaque centrale peuvent être vus ci-dessous:

Centrales à vapeur sèche

Figure 2. L'une des 22 centrales à vapeur sèche au centre géothermique The Geysers en Californie.

Ces centrales utilisent de la vapeur sèche qui est naturellement produite dans le sol. Cette vapeur passe du puits de production à la surface à travers une turbine. Ayant transféré son énergie à la turbine, elle se condense et est ensuite réinjectée dans le sol. Ce sont les types les plus anciens de centrales géothermiques, dont le premier a été construit en 1904 en Italie. Comme ce type de centrale exige les températures les plus élevées, il ne peut être utilisé que là où la température souterraine est suffisamment haute. Cependant, ce type de centrale nécessite le flux le moins fluide.

Les centrales à vapeur sèche des Geysers dans le nord de la Californie, forées pour la première fois en 1924, sont la plus grande source d'électricité géothermique. Lors de leur production maximale à la fin des années 1980, ils ont produit la quantité énorme de 2 GW d'électricité - l'équivalent de deux grandes centrales au charbon ou centrales nucléaires. Cependant, en raison des taux d'extraction élevés, la puissance a depuis baissé à 1,5 GW de la capacité, avec la production moyenne inférieure à 1 GW.

Centrales à vapeur à cycle flash

Ces types sont les plus courants en raison du manque de vapeur naturelle de haute qualité. Dans cette méthode, la température de l'eau doit être supérieure à 180°C, et sous sa propre pression, elle s'écoule vers le haut à travers le puits. Il s'agit d'une température inférieure à celle des centrales à vapeur sèche. Lorsque sa pression diminue, une partie de l'eau se transforme en un « flash » en vapeur qui est passée à travers la turbine. L'eau restante qui ne s'est pas transformée en vapeur est renvoyée dans le puits et peut également être utilisée à des fins de chauffage. Le coût de ces systèmes a augmenté car les pièces sont plus complexes, mais ils peuvent toujours rivaliser avec les sources d'énergie conventionnelles.

Cliquez ici pour faire une visite interactive d'une centrale électrique et thermique à cycle flash de Orkuveita Reykjavikur (une compagnie d'électricité à Reykjavik).

Centrales à cycle binaire

À l'avenir, les centrales binaires devraient être le type de centrale géothermique le plus couramment utilisé, car les centrales situées en dehors des points chauds connus commencent à utiliser de l'énergie géothermique. Ceci est dû au fait que les centrales à cycle binaire peuvent utiliser l'eau à température plus basse que les deux autres types de centrales. Elles utilisent une boucle secondaire (d'où le nom « binaire ») qui contient un fluide à faible point d'ébullition, tel que le pentane ou le butane. L'eau du puits coule à travers un échangeur de chaleur qui transfère sa chaleur à ce fluide, qui se vaporise en raison de son bas point d'ébullition. Elle est ensuite passée à travers une turbine, remplissant la même fonction que la vapeur.

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  Figure 3. Cycle de vapeur sèche.

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  Figure 4. Cycle de vapeur flash.

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  Figure 5. Cycle binaire. La substance de couleur marron clair représente le butane vaporisé, tandis que la substance de couleur brun foncé représente le butane liquide.