Un nouveau système de production de chaleur industrielle

Le Southwest Research Institute (SwRI) abrite le premier système à grande échelle présentant une méthode nouvelle et commercialement viable de production de chaleur industrielle : la batterie thermique Joule Hive™. Le projet est financé par le département de l’Énergie des États-Unis et dirigé par Electrified Thermal Solutions. Le SwRI a conçu des systèmes de soutien clés et supervisé la construction du système sur son campus de San Antonio.

Les processus industriels brûlent typiquement des combustibles fossiles pour la chaleur, émettant des quantités significatives de dioxyde de carbone (CO₂). Cela contribue à un pourcentage important des émissions mondiales de CO₂, et la plupart ne peuvent pas passer à des sources d’énergie plus propres car elles nécessitent des températures et des densités d’énergie difficiles à atteindre sans combustion.

« La technologie que le SwRI aidera à démontrer est un système entièrement électrique qui pourrait utiliser de l’énergie renouvelable pour générer et stocker de la chaleur jusqu’à 1 800 degrés Celsius avec une intégration directe à 13,2 kV (moyenne tension) », a déclaré Josh Schmitt du SwRI, l’un des responsables du projet. « Cela éliminerait le besoin de combustibles fossiles et réduirait les factures de gaz, créant une voie vers une chaleur industrielle zéro émission pour le chauffage des bâtiments, l’acier, le ciment, les produits chimiques et d’autres applications industrielles. »

Le cœur du système utilise des briques réfractaires conçues pour résister à une chaleur intense, spécifiquement fabriquées pour garnir les foyers, fours et poêles. Ces briques sont modifiées avec des matériaux conducteurs pour retenir de grandes quantités d’énergie thermique et générer de la chaleur par résistance électrique.

« L’électricité circule dans les briques à haute tension, générant une chaleur par résistance, que les briques absorbent », a expliqué Schmitt. « Cette énergie thermique est stockée à l’intérieur des briques jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire, permettant au système de séparer l’importation d’énergie du processus de fourniture de chaleur aux clients. La chaleur est délivrée en soufflant de l’air chaud, ou tout gaz de procédé, directement sur les briques chauffées avec un ventilateur, qui l’achemine vers le procédé. »

Les capacités de stockage d’énergie thermique du système permettent aux sites industriels d’utiliser les énergies renouvelables de manière flexible. Pendant les périodes particulièrement ensoleillées ou venteuses, le système peut se recharger en chauffant les briques réfractaires. Cela permet aux sites de s’appuyer sur des sources d’énergie renouvelables comme le solaire ou l’éolien, car ils peuvent stocker l’énergie pour l’utiliser lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. L’unité du SwRI a une capacité de 20 mégawattheures de chaleur.

« Pour accueillir le système, le SwRI a étendu les infrastructures de son laboratoire préexistant de conversion et de stockage d’énergie à haute température pour inclure une dalle extérieure robuste de 12 000 pieds carrés et 600 ampères de puissance électrique à 13,2 kV », a indiqué le Dr Tim Allison, directeur du département des machines du SwRI. « Notre investissement stratégique dans les infrastructures de soutien au projet Joule Hive a établi la capacité de déployer une chaleur zéro carbone à l’échelle du mégawatt. Nous évaluons activement la production du système pour valider les voies d’intégration dans les futures opérations du site. »

« Ce projet démontre un pas en avant significatif dans la décarbonation des systèmes de chaleur industrielle, qui ont traditionnellement reposé sur des carburants à base de carbone », a souligné Schmitt. « En démontrant une solution de chauffage purement électrique capable de délivrer des températures jusqu’à 1 800 degrés Celsius, nous ne fournissons pas seulement une alternative plus propre et plus efficace, mais nous ouvrons également la voie à l’intégration transparente des énergies renouvelables dans les opérations industrielles. De plus, elle offre une flexibilité pour les applications de chaleur industrielle. Elle permet aux propriétaires du stockage thermique de produire de la chaleur de procédé à partir de l’électricité lorsque les prix du gaz sont élevés ou de fournir à un site industriel un accès à une chaleur à haute température lorsque le gaz n’est pas disponible. »

L’expertise étendue du SwRI dans les systèmes d’énergie thermique a été cruciale pour fournir les exigences d’ingénierie, d’infrastructure et opérationnelles nécessaires au développement, à la construction et aux tests de la technologie. Cela inclut la conception et la construction de l’infrastructure de soutien et l’intégration des utilitaires nécessaires au fonctionnement du système, ainsi que la supervision des tests et de la mise en service du projet, la résolution des défis opérationnels et l’ajustement des performances du système. De plus, le SwRI a développé des systèmes innovants de transport, de mélange et d’évacuation de l’air pour garantir une fourniture de chaleur précise pour les applications industrielles.