Les prochains paris pour les énergies renouvelables

Avec d’énormes cerfs-volants qui tirent des navires de transport à travers les océans grâce à l’énergie éolienne, des dispositifs flottants attachés à des jetées qui génèrent de l’électricité à partir du mouvement des vagues frappant le rivage et d’autres nouvelles technologies, les entreprises cherchent à diversifier les options pour exploiter les sources familières d’énergie renouvelable de manière innovante. . . Bon nombre de ces innovations visent à surmonter les problèmes de coût et de maintenance associés aux technologies existantes.

Alors que les dirigeants mondiaux approuvent des objectifs climatiques tels que l’objectif de zéro émission nette de gaz à effet de serre au cours des 30 prochaines années, ces entreprises s’efforcent de faire passer leurs projets de la recherche et du développement aux phases commerciales. L’objectif de zéro net – équilibrage des émissions produites et des émissions retirées de l’atmosphère – a stimulé la croissance du secteur de l’énergie durable, qui génère moins d’émissions que les combustibles fossiles. Certaines de ces possibilités, comme les satellites qui peuvent transmettre sans fil l’énergie solaire depuis l’orbite, restent expérimentales, tandis que d’autres, comme les turbines sous-marines qui exploitent les mouvements des marées, sont passées de prototypes à des démonstrations commerciales. Voici quelques-uns des développements les plus récents en matière de production d’énergie à partir de l’air, du soleil, de l’eau et de la Terre.

AIR
Turbines empilées

Cette unité de Wind Catching Systems générera cinq fois la production d’énergie annuelle d’une éolienne de 15 mégawatts, selon la société.


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Kévin Main

La société norvégienne Wind Catching Systems développe une structure d’environ 1 000 pieds de haut composée de 126 petites turbines empilées et disposées ensemble. Le plan est que cette “unité de capture du vent” soit installée au sommet d’une plate-forme flottante ancrée au fond de l’océan à environ 50 milles au large. La société affirme que l’unité sera capable de tourner à 360 degrés pour capter le vent de n’importe quelle direction et générer de l’électricité envoyée via des lignes de transmission sous-marines vers le rivage.

L’unité peut produire jusqu’à cinq fois plus d’énergie en utilisant un cinquième de l’espace des parcs éoliens offshore typiques, explique le PDG et co-fondateur Ole Heggheim. La société prévoit de commencer la construction de son premier prototype commercial en mer du Nord en 2023 et prévoit de commercialiser ces capteurs de vent au Royaume-Uni.

puissance de cerf-volant

SkySails utilise un module de contrôle de vol qui utilise un moteur pour tirer sur les lignes connectées au cerf-volant pour le diriger. Voler en huit figures maximise la force de traction du cerf-volant et donc le rendement énergétique.


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Kévin Main

SkySails Group, une compagnie d’électricité basée en Allemagne, développe des cerfs-volants qui volent à un quart de mile du sol pour produire de l’énergie. Au fur et à mesure que le cerf-volant monte, il déroule une attache reliée à un treuil et à un générateur, qui convertissent la force exercée sur l’attache en électricité.

“Le vent à haute altitude est la plus grande ressource énergétique inexploitée sur Terre”, a déclaré le fondateur et directeur général Stephan Wrage. Ses plus grands cerfs-volants mesurent près de 1 940 pieds carrés, générant environ 200 kilowatts d’énergie et destinés à remplacer les générateurs diesel dans les îles et villages isolés et hors réseau. La société a installé plusieurs cerfs-volants pilotes sur des sites, y compris la nation insulaire de l’océan Indien, Maurice, avec des plans pour les connecter au réseau. À partir de l’année prochaine, la société prévoit de commencer à se tourner vers un déploiement commercial et espère éventuellement augmenter la taille de son cerf-volant et son altitude de vol.

En décembre, Airseas a installé le Seawing sur un navire transatlantique. L’entreprise s’attend à une moyenne de 20% d’économies de carburant pour les navires utilisant le cerf-volant.


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Une société française, Airseas, a développé un cerf-volant de 10 800 pieds carrés appelé Seawing qui se fixe à la proue d’un navire avec un câble et tire le navire grâce à l’énergie éolienne. L’objectif de l’entreprise est d’aider à décarboniser l’industrie du transport maritime, déclare le PDG et co-fondateur Vincent Bernatets.

TOILETTES
renverser les marées

Orbital O2 a des rotors mesurant environ 65 pieds de diamètre reliés à des jambes qui s’enfoncent dans les vagues.


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Lorsqu’elles sont placées sous l’eau, les turbines peuvent exploiter l’énergie cinétique de la montée et de la descente naturelles des marées océaniques pour produire de l’électricité. Mais les turbines placées sur le fond marin sont coûteuses à construire et à entretenir. La société écossaise Orbital Marine Power a donc conçu une hydrolienne flottante nommée Orbital O2.

La turbine de 236 pieds de long est ancrée au large près des îles Orcades en Écosse, où un câble sous-marin la relie au réseau local. Il peut alimenter environ 2 000 foyers britanniques et compenser plus de 2 400 tonnes de carbone par an. La société se concentre sur le développement de sites autour du littoral britannique et en Europe, a déclaré le PDG Andrew Scott, dans le but de déployer des flottes d’hydroliennes. Les futures turbines seront ancrées entre environ un mile et 3 miles au large.

Vague d’énérgie

Les flotteurs envoient du fluide hydraulique sous pression pour faire tourner un générateur qui transfère l’énergie au réseau en utilisant les lignes de transmission existantes.


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Eco Wave Power Ltd. travaille sur l’exploitation de l’énergie hydraulique à partir du rivage. L’entreprise a conçu des dispositifs flottants de 10 pieds de long fixés aux quais, aux jetées et aux structures marines existantes. Ces flotteurs utilisent le mouvement montant et descendant des vagues pour générer de l’électricité.

La technologie nécessite moins de deux pieds d’eau pour produire de l’énergie, “nous pouvons donc pratiquement l’installer partout et n’importe où”, déclare la PDG et cofondatrice Inna Braverman. Si les vagues deviennent trop agitées, les appareils peuvent se verrouiller en position haute au-dessus de la ligne de flottaison. La société a ouvert une installation de 100 kilowatts connectée au réseau à Gibraltar en 2016 qui sera rénovée et déplacée à Los Angeles dans les trois prochains mois. Il prévoit de connecter une autre centrale électrique à Jaffa, en Israël, au réseau local d’ici le milieu de l’année cette année. Les projets futurs incluent des installations possibles dans le New Jersey, en Californie et au Portugal.

LA TERRE
L’énergie géothermique

Certaines centrales géothermiques utilisent des puits forés aussi profondément que deux ou trois milles dans la croûte terrestre.


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Kévin Main

La chaleur résiduelle de la formation de la Terre et des éléments radioactifs se désintégrant à l’intérieur du noyau en fusion de la planète pénètre vers la croûte, créant des puits accessibles de vapeur ou d’eau chaude. Certaines centrales géothermiques acheminent cette vapeur ou cette eau – entre 300 et 700 degrés Fahrenheit – vers la surface pour une utilisation comme chaleur directe. D’autres usines peuvent également convertir cette chaleur en électricité. Les ressources hydrothermales sont réinjectées dans le sol après refroidissement.

Plus de 60 centrales géothermiques fonctionnent aux États-Unis aujourd’hui, fournissant près de 4 gigawatts d’électricité, qui peuvent alimenter plus d’un million de foyers. Mais les plantes ont tendance à être concentrées dans des régions comme la Californie et le Nevada avec des points chauds géothermiques comme des geysers ou des volcans, ou là où les plaques tectoniques se frottent les unes contre les autres et où la chaleur de la Terre peut se déplacer plus facilement à travers la croûte. La clé pour rendre la géothermie compétitive avec d’autres énergies renouvelables est «d’aller dans des régions où la nature n’a pas été si généreuse et de trouver un moyen de concevoir le système», explique Jefferson Tester, professeur à l’Université Cornell. Il est scientifique en chef pour un projet pilote à Cornell qui vise à chauffer directement le campus de 30 000 personnes avec des ressources géothermiques d’ici 2035.

Une solution, explique le Dr Tester, consiste à injecter de l’eau à haute pression à partir de la surface dans de la “roche chaude et sèche” – qui ne dispose pas des ressources hydrothermales naturelles nécessaires à la production d’électricité. Ce processus peut fissurer la roche, permettant à une centrale électrique de collecter ensuite l’eau injectée après son chauffage. Le projet de loi bipartisan américain sur les infrastructures adopté l’année dernière a consacré 84 millions de dollars à des innovations comme celle-ci, connues sous le nom de systèmes géothermiques améliorés. Ces systèmes peuvent permettre aux ingénieurs d’étendre la portée géographique des endroits où les centrales géothermiques peuvent être construites.

SOLEIL
Solaire spatial

Conceptions expérimentales et prototypes de satellites capables de transmettre sans fil l’énergie solaire depuis l’orbite.


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Kévin Main

L’énergie solaire ne peut être captée du sol que par intermittence en raison des conditions météorologiques, des changements de saison et des heures nocturnes. Mais certains scientifiques et ingénieurs affirment qu’au cours de la prochaine décennie, l’énergie solaire pourrait provenir de beaucoup plus près de la source, transmise sans fil sous forme de micro-ondes ou de faisceaux laser depuis des satellites en orbite vers des stations de réception sur Terre connectées au réseau électrique.

“Les bases sont de mettre une grande, très grande plate-forme dans l’espace, de récolter la lumière du soleil, là où le soleil brille, essentiellement 99,95 % du temps, et de l’envoyer sur les marchés au sol, où, en moyenne, le soleil ne brille qu’environ 15% du temps », explique l’ancien scientifique de la NASA John Mankins, président de Mankins Space Technology, une société travaillant sur le développement d’un prototype de satellite d’énergie solaire de 1 mile de large qui utilisera le rayonnement micro-ondes.

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Le transfert d’énergie sans fil sur des distances à l’aide de la transmission par micro-ondes a déjà été testé : le US Naval Research Laboratory a envoyé 1,6 kilowatts sur une distance de 0,6 mile l’année dernière. Les ingénieurs de l’Agence aérospatiale japonaise ont envoyé à peu près la même quantité d’énergie sur la longueur d’un terrain de football.

D’autres groupes travaillent également sur la technologie expérimentale : le California Institute of Technology prévoit de tester des prototypes, qui peuvent transférer l’énergie solaire dans l’espace via un faisceau micro-ondes orientable, d’ici la fin de 2022. Des ingénieurs au Japon, en Chine, en Australie et en Russie ont tous ont fait des progrès ou ont manifesté leur intérêt pour le développement de l’énergie solaire spatiale.

Le Royaume-Uni a intégré l’énergie solaire spatiale dans le plan du pays pour atteindre zéro émission nette. Sa Space Energy Initiative est à la tête d’un plan visant à envoyer un prototype de 500 mégawatts qui utilise des faisceaux micro-ondes en orbite au cours de la prochaine décennie, et vise à connecter un satellite quatre fois plus puissant au réseau d’ici 2035.

(La plupart des technologies ne sont pas à l’échelle)

Écrire à Aylin Woodward à aylin.woodward@wsj.com

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