Nouvelle technologie de remplacement à haut rendement à base de production d’électricité par charbon écologique pour la capture et la séquestration du CO2

La société ThermoEnergy, située à Hudson, au Massachusetts, a collaboré avec le Groupe d'optimalisation de la combustion de CANMET en vue d'élaborer la conception de base et d'améliorer les résultats d'un nouveau cycle à haut rendement nommé ThermoEnergy Integrated Power System (TIPS). On a récemment rédigé un rapport à CANMET, intitulé Feasibility Study of the ThermoEnergy Integrated Power System (TIPS) Process , qui vise à établir les données du rendement de base se rapportant à ce nouveau système.

Le processus TIPS est un nouveau cycle de production d'électricité qui semble offrir plusieurs avantages techniques et économiques par rapport aux techniques actuelles liées au charbon écologique qui, tant au Canada qu'aux États-Unis, sont utilisées pour la capture et la séquestration du CO 2 .

L'étude menée par les spécialistes de CANMET a permis de déterminer quelles sont les méthodes les plus efficaces pour améliorer le système et tirer pleinement avantage des avantages thermodynamiques offerts en comparaison des autres cycles. Comme on l'indique dans le rapport, le TIPS présente les avantages quantifiables qui suivent par rapport aux autres techniques actuelles liées au charbon technologique:

• L'accroissement de l'efficacité relative au cycle de la vapeur dans une proportion atteignant environ 8 p. 100 par rapport aux cycles ambiants.
• L'accroissement de l'efficacité des chaudières dans une proportion atteignant environ 10 p. 100 par rapport aux techniques liées à l'air ambiant et aux oxy-combustibles.
• La diminution de la consommation d'électricité auxiliaire dans une proportion atteignant environ 35 p. 100 pour les cycles d'oxy-combustibles ambiants attribuable à la récupération des produits et aux dispositifs de contrôle de la pollution atmosphérique.
• La récupération du CO 2 liquide à des températures ambiantes. Il en résulte des économies de près de 50 MW e (pour une centrale électrique courante de 500 MW e ) dans les systèmes de compression et de réfrigération à plusieurs étages utilisés dans les techniques ambiantes à oxy-combustible.
• Le brûlage amélioré du combustible pour un four du même genre avec un temps de séjour identique fonctionnant à pression ambiante.
• Une importante réduction dans les dimensions du four et de l'échangeur de chaleur.
• L'efficacité du cycle se rapportant au TIPS subit moins l'influence des combustibles présentant un fort degré d'humidité (p. ex., la lignite, les produits de la biomasse).
• L'accroissement de l'efficacité relative à l'épuration pour le contrôle de la pollution atmosphérique.
• Une réduction dans les dimensions de l'épurateur et du condenseur des gaz de carneau par opposition à la situation qui prévaut avec la technologie liée à la pression ambiante.
• L'amélioration des aspects liés au capital et à l'économie de fonctionnement par opposition à la situation qui prévaut avec la technologie liée à la capture et à la séquestration du carbone.

La plus grande difficulté technique en ce qui concerne la technologie entourant le processus TIPS demeure la nécessité de faire fonctionner le four à une pression élevée. Pour arriver à ce résultat, on a mis au point un processus technique durant les travaux relatifs au système de combustion sur lit fluidisé pressurisé (SCLFP) tout au cours des années 1990. Le SCLFP a récemment suscité moins d'intérêt en raison des problèmes rencontrés avec les turbines à gaz. Le processus TIPS permet de contourner ces difficultés, en ce sens qu'il ne comporte aucun recours à des turbines à gaz à l'intérieur du cycle, mais il tire avantage d'une technologie identique précédemment développée dans les programmes se rapportant au SCLFP. D'autre part, on trouve aux États-Unis, au Japon, en Espagne et en Suède des fours pressurisés en exploitation depuis nombre d'années.

Les spécialistes de CANMET ont déterminé que la technologie liée au TIPS constituait une option de choix pour la prochaine génération de cycles de puissance et ils ont commencé à travailler avec la société ThermoEnergy en 2002 au moment où de la réalisation du schéma de montage et de l'analyse du cycle de base. À cette époque, les membres de ThermoEnergy se sont rendu compte que CANMET avait mis au point les premiers modèles détaillés de fours nécessaires au développement de la technologie liée au TIPS. Cette réalisation a constitué les fondements mêmes du partenariat. Ces modèles ont servi à concevoir et à développer les premiers cycles d'oxy-combustibles ambiants, en plus de permettre de définir d'une façon détaillée comment configurer les divers systèmes pour qu'ils fonctionnent.

Depuis l'exécution des travaux originaux ayant trait au cycle du TIPS, on s'est de plus en plus intéressé aux États-Unis à trouver des procédés plus durables et moins complexes concernant la production d'électricité à partir de charbon écologique. En outre, les préoccupations sont de plus en plus grandes dans ce pays se rapportant aux choix restreints qui s'offrent en matière d'options technologiques de rechange à la gazéification intégrée à cycle combiné.

Les membres de l'Équipe de conception se sont récemment réunis à Boston afin de revoir les résultats préliminaires au chapitre du rendement et de déterminer les prochaines étapes à franchir pour la mise en valeur de cette passionnante technologie. On retrouvait à cette réunion les personnes suivantes : Alex Fassbender (société ThermoEnergy), Herman De Meyer (Reaction Systems Engineering) et Gregory McRae (MIT).

Figure 1 – Photo de groupe (de gauche à droite) : Ligang Zheng (CANMET), Gregory McRae (MIT), Herman De Meyer (Reaction Systems Engineering), Alex Fassbender (société ThermoEnergy), Richard Pomalis (CANMET) et Bruce Clements (CANMET).

Alex Fassbender, un membre de ThermoEnergy (anciennement Pacific Northwest Laboratories, un laboratoire national des États-Unis situé dans l'État de Washington), a invité deux des principaux experts mondiaux en matière de technologie liée au charbon écologique à revoir le rapport et à prendre part à la réunion et aux discussions.

Herman De Meyer est spécialiste de la simulation et du développement de processus qui œuvre actuellement à la société Reaction Systems Engineering de Berkshire, au Royaume-Uni. Il a précédemment occupé le poste d'ingénieur en chef du développement de processus à la Bayer Chemicals, en Belgique.

Gregory McRae est professeur en génie chimique au MIT de Boston, ainsi que professeur au Hoyt C. Hottel. Il agit en tant que conseiller principal au sein du programme américain de charbon écologique, en plus de siéger dans les groupes de révision de l'U.S. Environmental Protection Agency et deux comités du National Research Council. Il est membre du Conseil consultatif des installations de recherche sur la combustion à la SANDIA et du Conseil consultatif scientifique pour l'informatique scientifique avancée au DOE américain.

Les travaux actuellement réalisés par CANMET sont financés grâce à une subvention versée par le DOE américain par l'entremise de NETL. Les membres de la ThermoEnergy sont d'avis que les conclusions du rapport rédigé par CANMET sont suffisamment convaincantes pour solliciter un financement substantiel en vue de futurs développements. Les responsables de la société espèrent pouvoir concevoir et construire une petite usine de démonstration dans les trois prochaines années.

Pour de plus amples détails, communiquez avec les personnes suivantes:

Alex Fassbender, société ThermoEnergy, Hudson (Massachusetts), 978-568-1746 X21

Bruce Clements, CETC – Ottawa , Production écologique de l'électricité, Groupe de l'optimalisation de la combustion, Ottawa (Ontario), 613-943-8881