Aperçu des systèmes géothermiques
L’énergie géothermique a deux applications principales pour la société : le chauffage/refroidissement et la production d’électricité. Afin de développer les ressources géothermiques de la Terre, les scientifiques et les ingénieurs doivent comprendre les détails des différents systèmes d’énergie géothermique et la meilleure application adaptée au système.
Il existe deux catégories de systèmes géothermiques en termes de température de la ressource : les systèmes à haute enthalpie (volcans, geysers) et les systèmes à basse enthalpie (chaleur stockée dans les roches de la croûte terrestre). Presque toutes les applications de chauffage et de refroidissement utilisent la chaleur à basse enthalpie ,tandis que la production d’électricité repose principalement sur des ressources à haute enthalpie. Les systèmes d’énergie géothermique peuvent également être classés en fonction de leur profondeur et selon que le système est naturel ou artificiel (aussi appelé amélioré).1 National Geographic. (n.d.). Geothermal Energy. National Geographic Education. https://education.nationalgeographic.org/resource/geothermal-energy/ 2Centre des systèmes durables de l’Université du Michigan. (2022). Fiche d’information sur l’énergie géothermique. Pub. No. CSS10-10. https://css.umich.edu/publications/factsheets/energy/geothermal-energy-factsheet
Vocabulaire utile
L’enthalpie : On utilise souvent dans les calculs thermiques une fonction thermodynamique appelée enthalpie pour quantifier l’énergie transportée par un fluide. Cette définition est utile pour catégoriser les ressources géothermiques et concevoir des processus industriels continus (avec écoulement de fluide). Elle sera utilisée dans le projet de conception à la fin du cours.
Diversité géothermique
Systèmes d’énergie géothermique
Les trois types principaux de systèmes d’énergie géothermique sont :
- Systèmes géothermiques à haute température
Nous mettrons en évidence le plus courant d’entre eux, les systèmes hydrothermaux : ressources naturelles à haute enthalpie avec des applications pour la production d’électricité, souvent présentes dans les zones proches de la ceinture de feu, une région tectoniquement active autour des bords de l’océan Pacifique où de nombreuses éruptions volcaniques et tremblements de terre se produisent. - Systèmes géothermiques améliorés (artificiels) ou EGS
Ces systèmes EGS sont des ressources artificielles à haute/moyenne enthalpie, généralement utilisées pour les applications de production d’électricité. - Systèmes géothermiques à basse température
Nous mettrons en évidence les pompes à chaleur géothermiques : des systèmes traditionnellement peu profonds et à basse enthalpie agissant comme des échangeurs de chaleur pour fournir du chauffage et du refroidissement aux espaces en surface.
Le schéma ci-dessous illustre des exemples des trois types de systèmes d’énergie géothermique : la pompe à chaleur géothermique (système à basse température), l’hydrothermie (système à haute température) et les systèmes géothermiques stimulés (EGS). Le diagramme montre la profondeur de chaque système, les conditions de sous-sol requises et son application. Les systèmes EGS sont encore en phase de recherche et développement en raison de leur complexité technique et de leur faisabilité économique, de sorte que les entreprises n’ont pas encore déployé de systèmes à l’échelle commerciale.
Applications géothermiques
Les procédés de conversion de l’énergie géothermique ainsi que ses usages finaux varient selon la qualité de la ressource et dépendent principalement de la température. Une fois qu’une centrale géothermique est construite et mise en service, l’énergie produite est « toujours disponible ». Des ressources géothermiques couvrant une large gamme de températures peuvent être utilisées économiquement pour une variété d’applications électriques et non électriques.4U.S. Dept. of Energy. (2019, May). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet. https://www.energy.gov/eere/geothermal/articles/geovision-full-report-0. Examinons certaines de ces différentes applications.
Les systèmes géothermiques peuvent être utilisés pour le refroidissement et le chauffage, le chauffage des processus agricoles et industriels et la production d’énergie électrique. Le schéma ci-dessous illustre en détail la température et les applications potentielles correspondantes. Les centrales géothermiques à détente instantanée et à vapeur sèche nécessitent les températures les plus élevées. Les centrales à détente instantanée sont les plus répandues pour la production d’électricité et utilisent des réservoirs géothermiques d’eau dont la température dépasse 360 °F (182 °C). La production d’hydrogène par électrolyse peut être réalisée en utilisant l’énergie géothermique pour fournir l’énergie nécessaire à la séparation de l’hydrogène des autres composés, mais, comme illustré ci-dessous, elle requiert des systèmes à haute température. Les centrales géothermiques binaires fonctionnent avec de l’eau à des températures plus basses d’environ 107 à 182 °C (225 à 360 °F). Les applications à basse température comme la transformation des aliments, le refroidissement et le chauffage des bâtiments, les serres, la pisciculture et les pompes à chaleur géothermiques se trouvent généralement à des températures de 150 °C (300 °F) ou moins.5National Renewable Energy Laboratory (NREL). (n.d.) Geothermal Electricity Production Basics. https://www.nrel.gov/research/re-geo-elec-production.html
Comme indiqué précédemment, la production d’énergie géothermique peut se produire à des températures de ressources inférieures à 150 °C, mais ces projets ont tendance à être l’exception et nécessitent une combinaison de facteurs techniques, économiques et d’accessibilité permettant leur développement.7U.S. Dept. of Energy. (2019, May). GeoVision: Harnessing the Heat Beneath Our Feet. https://www.energy.gov/eere/geothermal/articles/geovision-full-report-0.
Laquelle des propositions suivantes n’est pas un type principal de système géothermique ?
Une ressource géothermique nouvellement découverte a une température de 66 °C (150 °F). Sélectionnez les applications possibles pour cette ressource d’après des informations de cette page.
Source d’image :
- Diversité géothermique GeoVision 2.3: DOE, GeoVision
- Applications géothermiques continues GeoVision 2.7: DOE, GeoVision
- Pépinière Milgro: NREL
