Comment fonctionne la conversion d’énergie thermique des océans
Tout comme les sources d’énergie géothermales, nous pouvons également utiliser l’énergie thermique de nos océans. La conversion d’énergie thermique des océans, ou simplement « OTEC », est une autre technologie marine qui extrait l’énergie potentielle stockée dans les océans du monde en utilisant les différentes couches de température dans l’eau.
Les océans du monde sont considérés comme l’une des sources d’énergie les plus puissantes que nous ayons, avec l’eau qui circule autour des mers et des océans sous forme de marées, de vagues et de courants contenant des quantités énormes d’énergie inexploitable. Mais au-delà des sources d’énergie bien connues telles que l’énergie des vagues et des marées, l’eau des océans a une capacité immense à absorber et à retenir la chaleur.
L’océan peut être considéré comme un grand panneau solaire chauffé chaque jour de l’année par le soleil, et en moyenne, l’eau près de la surface absorbe d’énormes quantités de chaleur thermique provenant des rayons du soleil.
Ainsi, en moyenne, les océans se réchauffent et gagnent de l’énergie pendant l’été et se refroidissent, perdant de l’énergie vers l’atmosphère pendant l’hiver. Comme les mers et les océans recouvrent plus de 70 % de la surface de la Terre, il est logique d’essayer de capturer cette énergie thermique stockée dans les océans, et la conversion d’énergie thermique des océans nous permet de le faire.
La conversion d’énergie thermique des océans (OTEC) est une autre forme de production d’énergie basée sur l’océan. L’OTEC fonctionne en utilisant la différence de température entre les eaux de surface des océans, proches du soleil, et les eaux froides à des niveaux beaucoup plus profonds pour faire fonctionner un moteur à chaleur et un générateur fournissant une source d’énergie propre.
Les couches de surface des océans tropicaux, à une profondeur de 100 m, contiennent d’énormes quantités d’eau chaude maintenue à une température constante d’environ 27oC (environ 80oF) grâce à l’absorption de la chaleur solaire provenant du soleil, équilibrée par la perte de chaleur de l’eau par convection et évaporation dues aux effets du vent et des vagues.
En dessous de cette couche de surface chaude, où les rayons du soleil ne peuvent pas pénétrer, l’eau des océans devient plus froide à mesure que la profondeur augmente jusqu’à environ 1 000 mètres (3 300 pieds), où la température de l’eau chute à environ 3,0oC (38oF). En continuant plus bas, la température de l’eau accuse seulement une légère baisse jusqu’à atteindre le fond de l’océan. Ainsi, un énorme réservoir d’eau très froide existe à des profondeurs supérieures à 3 300 pieds.
Le résultat est que les océans contiennent deux couches physiques distinctes de température en raison de la densité de l’eau. La couche d’eau chaude se trouve à la surface, car elle est moins dense, tandis que l’eau froide, en dessous d’une profondeur de 1 000 m (3 300 pieds), est plus dense, ce qui la maintient au fond de l’océan. Nous pouvons donc constater qu’une différence de température d’environ 22 à 25 degrés Celsius (40 à 45 degrés Fahrenheit) existe entre la surface des océans et le fond des océans.
Cette différence de température existe constamment tout au long de l’année, en particulier dans les océans tropicaux où la profondeur dépasse 3 300 pieds ou 1 000 m, avec seulement quelques variations de température dues aux effets saisonniers du climat. Les processus de conversion d’énergie thermique des océans (OTEC) utilisent cette différence de température pour évaporation et condensation afin de faire fonctionner un type de moteur à chaleur et produire de l’énergie électrique.
Tout comme l’énergie géothermique, la quantité d’énergie thermique extraite de cette différence de température dans l’océan dépend de l’efficacité du type de système thermique utilisé. Actuellement, il existe trois systèmes de conversion d’énergie thermique des océans de base disponibles qui exploitent la différence naturelle de température entre la surface et les profondeurs de l’océan, à savoir : « OTEC à cycle ouvert », « OTEC à cycle fermé » et le « système hybride OTEC ».
Types de techniques de conversion d’énergie thermique des océans
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OTEC à cycle ouvert – Un système de conversion d’énergie thermique des océans à cycle ouvert utilise l’eau de mer chaude comme fluide moteur pour l’échangeur de chaleur. L’eau de mer chaude de surface est pompée dans une chambre à basse pression (vide) où le point d’ébullition de l’eau est abaissé en raison du vide, la convertissant en vapeur. La vapeur entraîne la turbine à basse pression et le générateur pour produire de l’électricité. L’eau de mer froide provenant des profondeurs est ensuite utilisée pour condenser la vapeur en liquide avant d’être déversée à nouveau dans l’océan sans menace pour l’environnement.
En raison de l’évaporation de l’eau de mer en vapeur utilisant un vide, l’eau de mer devient désalinisée, la transformant en eau douce pure. C’est un avantage majeur pour ce type de système ouvert, car il peut fournir de l’eau potable à des communautés locales. Cependant, ce type de système à vide présente plusieurs inconvénients. Le premier étant que le système OTEC doit être soigneusement scellé pour éviter toute fuite d’air atmosphérique dans le système, destructif pour le vide. -
OTEC à cycle fermé – Un système de conversion d’énergie thermique des océans à cycle fermé utilise un fluide de travail gazeux ou liquide à faible point d’ébullition, généralement du propane ou de l’ammoniaque, dans un circuit fermé et scellé pour faire tourner une turbine. L’eau de surface chaude de l’océan est pompée dans un évaporateur où le liquide d’ammoniaque est pressurisé.
Cette pression provoque l’ébullition de l’ammoniaque et la vapeur résultante est utilisée pour entraîner un générateur électrique. L’eau froide des profondeurs de l’océan est remontée et pompée de l’autre côté d’un échangeur de chaleur, provoquant la condensation de la vapeur d’ammoniaque en liquide. Le liquide d’ammoniaque est ensuite de nouveau pressurisé par une pompe et le cycle recommence. -
OTEC hybride – Un système de conversion d’énergie thermique des océans hybride contient des caractéristiques des deux systèmes ci-dessus en utilisant à la fois l’eau de mer et un fluide de travail, généralement de l’ammoniaque. Dans le système hybride OTEC, l’eau de mer chaude est vaporisée en vapeur, similaire au cycle ouvert dans un récipient sous vide.
L’ammoniaque est ensuite physiquement mélangé avec l’eau de mer chaude et les vapeurs mixtes sont utilisées pour entraîner la turbine produisant de l’énergie. L’ammoniaque évaporé est ensuite séparé de la vapeur/eau et recongelé avec la température froide avant d’être réintroduit dans le circuit fermé. L’avantage du système hybride est qu’il améliore l’efficacité du système.
La technologie de conversion d’énergie thermique des océans présente de nombreux avantages pour l’environnement, offrant une source potentielle d’énergie renouvelable fiable qui ne produit aucune émission nocive. OTEC est une source d’énergie propre et renouvelable qui exploite l’eau de mer pour la production d’électricité et, puisqu’elle fonctionne avec l’eau de l’océan, sa source de combustible, l’eau des océans, est abondante et presque illimitée. L’un des principaux avantages d’un système OTEC est qu’il peut fournir plus que de l’électricité.
Le processus d’évaporation de l’eau de mer en vapeur peut également être utilisé pour générer de l’hydrogène, l’un des principaux éléments de l’eau, destiné à alimenter des véhicules hybrides, tout en condensant la vapeur pour produire de l’eau propre pour la consommation et l’agriculture. L’eau des profondeurs de l’océan qui est très froide peut être acheminée à terre pour être utilisée dans la réfrigération, la climatisation et le refroidissement des bâtiments locaux.
Cependant, il existe certaines inconvénients liés à la conversion d’énergie thermique des océans, notamment les coûts d’installation élevés d’une plateforme en mer, et le fait qu’il s’agit d’une technologie basée sur l’océan, il y a des risques de dommages et de destruction de l’équipement en raison de l’environnement océanique tempétueux et hostile dans lequel elle fonctionne.
Un autre problème avec l’OTEC est le potentiel de fluides de travail nocifs et de substances liquides qui pourraient fuir dans l’océan si les tuyaux scellés étaient jamais endommagés, ainsi que la perturbation de l’habitat dans l’océan environnant due à l’installation de ces tuyaux, conduits et plateformes.
La conversion d’énergie thermique des océans (OTEC) a encore un long chemin à parcourir avant qu’une mise en œuvre à grande échelle de la technologie puisse devenir une réalité. Les centrales OTEC ne consomment pas les ressources fossiles naturelles de la Terre et ne produisent pas de polluants environnementaux nuisibles tels que le dioxyde de carbone et le méthane résultant de la combustion, avec des petites centrales OTEC opérant dans le monde entier montrant que les systèmes OTEC deviendront un jour une source d’énergie faisable, efficace et renouvelable à mesure que la technologie s’améliore.
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