Aussi remarquable que soit l’essor des parcs solaires et éoliens au cours des 20 dernières années, parvenir à une décarbonisation complète nécessitera une multitude de technologies complémentaires. C’est parce que les énergies renouvelables n’offrent qu’une énergie intermittente. Ils ne peuvent pas non plus fournir directement les températures élevées nécessaires à de nombreux processus industriels.
Aujourd’hui, 247Solar construit des systèmes d’énergie solaire concentrée à haute température qui utilisent le stockage d’énergie thermique pendant la nuit pour fournir une énergie 24 heures sur 24 et une chaleur de qualité industrielle.
Les systèmes modulaires de l’entreprise peuvent être utilisés comme micro-réseaux autonomes pour les communautés ou pour fournir de l’électricité dans des endroits éloignés comme les mines et les fermes. Ils peuvent également être utilisés conjointement avec des parcs éoliens et solaires conventionnels, offrant ainsi aux clients une alimentation électrique 24h/24 et 7j/7 à partir d’énergies renouvelables et leur permettant de compenser l’utilisation du réseau.
« L’une de mes motivations pour travailler sur ce système était d’essayer de résoudre le problème de l’intermittence », déclare Bruce Anderson, PDG de 247Solar ’69, SM ’73. « Je ne voyais tout simplement pas comment nous pourrions atteindre zéro émission avec l’énergie solaire photovoltaïque (PV) et l’énergie éolienne. Même avec le photovoltaïque, l’énergie éolienne et les batteries, nous n’y parvenons pas, car il y a toujours du mauvais temps et les batteries actuelles ne sont pas économiques sur de longues périodes. Il faut avoir une solution qui fonctionne 24 heures sur 24. »
Le système de l’entreprise s’inspire de la conception d’un échangeur de chaleur à haute température réalisée par le regretté professeur émérite du MIT, David Gordon Wilson, qui a cofondé l’entreprise avec Anderson. La société intègre cet échangeur de chaleur dans ce qu’Anderson décrit comme une turbine conventionnelle de type moteur à réaction, permettant à la turbine de produire de l’énergie en faisant circuler de l’air chaud à pression ambiante sans combustion ni émission – ce que la société appelle une première dans l’industrie.
Voici comment fonctionne le système : Chaque système 247Solar utilise un champ de miroirs de suivi du soleil appelés héliostats pour réfléchir la lumière du soleil vers le sommet d’une tour centrale. La tour est équipée d’un récepteur solaire exclusif qui chauffe l’air à environ 1 000 degrés Celsius à la pression atmosphérique. L’air est ensuite utilisé pour alimenter les turbines de 247Solar et générer 400 kilowatts d’électricité et 600 kilowatts de chaleur. Une partie de l’air chaud est également acheminée vers un système de stockage d’énergie thermique de longue durée, où elle chauffe des matériaux solides qui retiennent la chaleur. La chaleur stockée est ensuite utilisée pour faire fonctionner les turbines lorsque le soleil cesse de briller.
«Nous proposons de l’électricité 24 heures sur 24, mais nous proposons également une option de production combinée de chaleur et d’électricité, avec la possibilité de capter de la chaleur jusqu’à 970 degrés Celsius pour l’utiliser dans des processus industriels», explique Anderson. « C’est un système très flexible. »
Le premier déploiement de l’entreprise se fera auprès d’un grand service public en Inde. Si tout se passe bien, 247Solar espère se développer rapidement auprès d’autres services publics, entreprises et communautés à travers le monde.
Une nouvelle approche du solaire concentré
Anderson est resté en contact avec son réseau du MIT après avoir obtenu son diplôme en 1973. Il a été directeur du programme de liaison industrielle (ILP) du MIT entre 1996 et 2000 et a été élu ancien membre de la MIT Corporation en 2013. L’ILP connecte les entreprises avec les organisations du MIT. réseau d’étudiants, de professeurs et d’anciens élèves pour faciliter l’innovation, et cette expérience a changé le cours de la carrière d’Anderson.
«C’était un travail extrêmement fascinant, qui a donné naissance à deux choses», explique Anderson. « La première est que j’ai réalisé que j’étais vraiment un entrepreneur et que je n’étais pas bien adapté à l’environnement universitaire, et l’autre est que cela m’a rappelé les innombrables innovations étonnantes issues du MIT. »
Après avoir quitté son poste de directeur, Anderson a lancé un incubateur de startups où il a travaillé avec des professeurs du MIT pour créer des entreprises. Finalement, l’un de ces professeurs était Wilson, qui avait inventé le nouvel échangeur de chaleur et une turbine en céramique. Anderson et Wilson ont fini par constituer une petite équipe pour commercialiser la technologie au début des années 2000.
Anderson avait rédigé sa thèse de maîtrise au MIT sur l’énergie solaire dans les années 1970, et l’équipe avait réalisé que l’échangeur de chaleur rendait possible une nouvelle approche de l’énergie solaire concentrée. En 2010, ils ont reçu une subvention de développement de 6 millions de dollars du ministère américain de l’Énergie. Mais leur premier récepteur solaire a été endommagé lors de son expédition vers un laboratoire national pour être testé, et l’entreprise a manqué d’argent.
Ce n’est qu’en 2015 qu’Anderson a pu lever des fonds pour relancer l’entreprise. À cette époque, un nouvel alliage métallique à haute température avait été développé et Anderson l’avait remplacé par l’échangeur de chaleur en céramique de Wilson.
La pandémie de Covid-19 a encore ralenti les projets de 247 visant à construire une installation de démonstration sur son site de test en Arizona, mais le fort intérêt des clients a maintenu l’entreprise occupée. L’énergie solaire concentrée ne fonctionne pas partout – le soleil éclatant de l’Arizona convient mieux que le ciel brumeux de la Floride, par exemple – mais Anderson est actuellement en pourparlers avec des communautés dans certaines régions des États-Unis, de l’Inde, de l’Afrique et de l’Australie, où la technologie serait un avantage. bon ajustement.
De nos jours, l’entreprise propose de plus en plus de combiner ses systèmes avec l’énergie solaire photovoltaïque traditionnelle, ce qui permet aux clients de profiter des avantages de l’électricité solaire à faible coût pendant la journée tout en utilisant l’énergie de 247 la nuit.
« De cette façon, nous pouvons obtenir au moins 24 heures, voire plus, d’énergie grâce à une journée ensoleillée », explique Anderson. « Nous nous dirigeons vraiment vers ces systèmes hybrides, qui fonctionnent comme une Prius : parfois vous utilisez une source d’énergie, parfois vous utilisez l’autre. »
La société vend également ses batteries thermiques HeatStorE sous forme de systèmes autonomes. Au lieu d’être chauffé par le système solaire, le stockage thermique est chauffé par la circulation de l’air à travers un serpentin électrique chauffé par l’électricité, provenant soit du réseau, soit d’un système photovoltaïque autonome, soit du vent. La chaleur peut être stockée pendant neuf heures ou plus avec une seule charge, puis distribuée sous forme d’électricité et de chaleur de processus industriel à 250 Celsius, ou sous forme de chaleur uniquement, jusqu’à 970 Celsius.
Anderson affirme que la batterie thermique du 247 coûte environ un septième du coût des batteries lithium-ion par kilowattheure produit.
Mise à l’échelle d’un nouveau modèle
L’entreprise maintient son système flexible pour s’adapter à la voie que les clients souhaitent emprunter pour achever la décarbonisation.
Outre le projet indien de 247, la société est en pourparlers avancés avec des communautés hors réseau aux États-Unis et en Égypte, des opérateurs miniers du monde entier et le gouvernement d’un petit pays d’Afrique. Anderson affirme que le prochain client de l’entreprise sera probablement une communauté hors réseau aux États-Unis qui dépend actuellement de générateurs diesel pour son électricité.
La société s’est également associée à une société financière qui lui permettra d’accéder à des capitaux pour financer ses propres projets et vendre de l’énergie propre directement aux clients, ce qui, selon Anderson, aidera 247 à croître plus rapidement que de compter uniquement sur la vente de systèmes entiers à chaque client.
Alors qu’il s’efforce d’étendre ses déploiements, Anderson estime que 247 offre une solution pour aider ses clients à répondre à la pression croissante des gouvernements ainsi que des membres de la communauté.
« Les économies émergentes dans des pays comme l’Afrique n’ont aucune alternative aux combustibles fossiles si elles veulent avoir de l’électricité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 », explique Anderson. « Nos coûts de possession et d’exploitation sont inférieurs à la moitié de ceux des groupes électrogènes diesel. Aujourd’hui, les clients veulent vraiment arrêter de produire des émissions s’ils le peuvent, donc il y a des villages, des mines, des industries et des pays entiers où les habitants disent : « Nous ne pouvons plus brûler de diesel. »
