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Les tubes isolés sous vide THERMOCASE® (VIT) : une solution rentable pour les applications géothermiques

28/07/2020 - Energies Renouvelables

Le 22 juillet dernier, Gabriel Roussie, THERMOCASE® Product Line Manager, a présenté les spécificités et les avantages de la solution THERMOCASE® VIT de Vallourec lors d’un webcast, organisé en collaboration avec World Oil. Près de 230 participants ont ainsi pu découvrir pourquoi, grâce à ses excellentes performances d’isolation dans le cadre d’une utilisation à haute température, cette technologie est une candidate idéale pour les applications géothermiques. Ils ont également eu un aperçu du projet en boucle fermée développé en collaboration avec GreenFire Energy.

La solution THERMOCASE® VIT pour les applications géothermiques

Les puits géothermiques peuvent être utilisés pour extraire l’énergie du sous-sol sous la forme d’eau ou de vapeur afin de produire de l’électricité ou d’alimenter un réseau de chauffage urbain. Cependant, les systèmes de puits conventionnels peuvent représenter des coûts de forage élevés et ne sont pas adaptés à tous les projets.

L’entreprise californienne GreenFire Energy a entrepris de résoudre ces problèmes grâce aux tubes isolés sous vide (en anglais, Vacuum Insulated Tubing, ou VIT) THERMOCASE® de Vallourec.
Applications géothermiques

Les challenges liés aux systèmes en boucle ouverte

La méthode conventionnelle destinée à un usage commercial repose sur un système en boucle ouverte qui utilise deux puits : un puits d’injection et un puits de production. L’eau est injectée dans le puits d’injection et traverse les fractures de la zone friable. L’énergie géothermique chauffe ensuite l’eau, qui remonte par le puits de production.

Ce système fonctionne bien, mais il présente plusieurs inconvénients. Premièrement, il arrive parfois que les deux puits ne communiquent pas en raison d’un manque de perméabilité du sous-sol. Dans ce cas, ils ne produisent ni eau chaude ni vapeur. Deuxièmement, l’eau est fortement corrosive et peut ne pas être le fluide caloporteur idéal pour certains projets. Enfin, le coût initial du forage de deux puits est élevé.

Les systèmes en boucle ouverte peuvent donc être efficaces à condition que le sous-sol soit suffisamment perméable et que les ressources en eau le permettent. Mais ces zones sont relativement rares. De nouvelles solutions sont nécessaires pour accéder à cette précieuse source d’énergie dans les vastes régions géothermiques où la technologie conventionnelle est inapplicable.

Intervient alors GreenLoop™, une technologie efficace basée sur les solutions tubulaires de Vallourec

Il y a un peu plus de cinq ans, GreenFire Energy Inc, une entreprise californienne spécialisée dans l’énergie géothermique, a entrepris de développer une nouvelle technologie pour étendre la portée et réduire le coût de la production d’énergie géothermique. Cette nouvelle technologie, baptisée GreenLoop™, est capable d’utiliser le dioxyde de carbone supercritique (sCO2) ou l’eau dans un système à boucle fermée. 

GreenFire utilise un système de « tube dans le tube », dont les tubes isolés sous vide (VIT) de Vallourec sont les composantes clés. Ce système peut être utilisé pour de nombreuses applications, notamment la modernisation des puits improductifs. 

GreenLoop™ élimine de ce fait la nécessité de deux puits. Par exemple, le fluide sCO2 froid est injecté au centre du tube. Une fois que le fluide atteint la formation souterraine chaude, il se réchauffe. Le fluide ainsi chauffé remonte ensuite par l’anneau extérieur du tube et rejoint la surface, où il alimente une turbine. Il est ensuite refroidi pour une efficacité optimale, puis réinjecté dans le VIT pour clore la boucle fermée.

Le CO2 supercritique permet d’obtenir un cycle bien plus efficace comparé à l’eau, et ce grâce à ses propriétés thermodynamiques uniques qui créent un « thermosiphon » où la colonne dense froide de sCO2 pousse la colonne moins dense de sCO2 chauffé et pressurisé dans le système. Le thermosiphon élimine la nécessité de pomper le fluide dans le système, ce qui enraye ainsi une importante perte d’énergie parasite.

La conception du système avec des fluides chauds et des fluides froids à proximité immédiate pose cependant un problème spécifique : l’isolation thermique. Pour obtenir une valorisation énergétique maximale à la surface, il est essentiel de garantir une excellente isolation thermique entre le fluide chaud du diamètre intérieur du tube et le fluide froid du diamètre extérieur. 

THERMOCASE® VIT est un candidat idéal pour une telle application, avec les meilleures performances d’isolation et un usage à haute température. En raison de la nature du pilote, certaines performances spécifiques ont nécessité des ajustements des paramètres de conception pour permettre une performance sûre du VIT sur le terrain pendant le test.
 
Systèmes géothermiques en boucle ouverte vs en boucle fermée

Une industrialisation et des essais réussis pour une nouvelle technologie prometteuse

Vallourec Tube-Alloy, qui produit et répare des accessoires utilisés à l'intérieur des puits de pétrole et gaz, a finalisé l’industrialisation de la solution VIT personnalisée à temps et a fourni  les premiers tubes VIT à précharge inversée à GreenFire Energy au début de l’année 2019. Nous avons ensuite facilité le bon fonctionnement du système grâce à la solution Smartengo Running Expert sous la supervision des équipes VAM® Field Service (services d’assistance sur site). 

GreenFire Energy a achevé la construction et a commencé à tester le système de production au début de l’année 2019. Le puits pilote a généré 1 MW d’électricité en utilisant uniquement de l’eau, un niveau de performances conforme aux attentes. 
Savoir-faire

Le projet de démonstration GreenLoopTM marque une étape importante dans le développement de systèmes de production d’énergie géothermique en boucle fermée. Vallourec était notre premier choix en tant que fournisseur VIT, car ils possèdent le savoir-faire spécifique dont nous avons besoin pour adapter les tubes isolés sous vide à nos cahiers des charges. Nous avons eu beaucoup de plaisir à travailler avec cette équipe réactive et nous sommes impatients de renouveler cette collaboration à l’avenir.

Joseph Scherer Président-Directeur Général de GreenFire Energy