À propos de DESOLINATION

Contexte

L’eau est fondamentale pour l’humanité. Cependant, selon le Programme mondial d’évaluation des Nations unies (UNESCO, Paris 2015), environ 40 % de la population connaîtra une pénurie d’eau d’ici à 2030.

Cela est principalement dû au fait que seuls 3 % des réserves d’eau mondiales sont disponibles sous forme d’eau douce, l’eau de mer représentant le pourcentage restant.

Dans cette optique, il est clair que le dessalement pourrait jouer un rôle clé, étant donné la grande quantité d’eau salée sur Terre.

Les énergies renouvelables sont la clé d’une économie sans carbone et de l’arrêt du changement climatique. En 2019, l’énergie solaire représentait environ 11 % de la production totale d’énergie renouvelable dans le monde, et sa capacité de production d’électricité a augmenté de 16 % depuis 2020 malgré la pandémie de COVID-19.

Ces résultats sont prometteurs, mais il faut aller plus loin.

Pour atteindre l’objectif de l’UE, la production d’énergie solaire et d’autres technologies d’énergie renouvelable doivent devenir plus efficaces et moins coûteuses.

Nos objectifs

Regardez la vidéo présentant notre projet ↓

Si l’utilisation de la chaleur pour le dessalement est étudiée depuis des siècles, les récents développements technologiques se sont concentrés sur le problème principal : la compétitivité.

DESOLINATION will tackle this issue by developing an innovative process coupling Concentrated Solar Power (or CSP) and forward osmosis desalination technologies for a coupled production of renewable electricity and freshwater.

Les solutions innovantes seront démontrées en conditions réelles à Riyad, en Arabie saoudite, d’abord sur un système existant et ensuite sur un système de nouvelle génération.

Pour ce faire, notre équipe utilisera l’osmose directe (pression osmotique) pour induire un flux d’eau de mer vers une solution d’extraction. Sur son chemin, l’eau traverse une membrane qui ne laisse passer que l’eau douce et bloque le sel. En utilisant la chaleur résiduelle de la centrale solaire à concentration, la solution diluée est chauffée jusqu’à ce que l’eau douce puisse être récupérée à travers une seconde membrane.

Impacts attendus

Optimiser le couplage entre le CSP et le processus de dessalement

DESOLINATION se concentrera sur l’optimisation de la récupération de la chaleur résiduelle du CSP pour piloter la méthode de récupération de la solution de tirage.

En utilisant les données du WP2 (work package – lot de travail) (Optimisation du cycle thermique du CSP pour le dessalement) et du WP3 (Optimisation du dessalement en utilisant la chaleur du CSP), les obstacles à l’intégration des systèmes solaires et de dessalement indépendants seront abordés dans le WP4, où des études de modélisation et d’optimisation du processus intégré seront réalisées.

Le système d’intégration permettra de combiner efficacement des cycles indépendants à haut rendement pour produire des niveaux élevés d’eau pure et d’électricité.

Développer un nouveau cycle de production d'électricité à partir de CO2 supercritique pour répondre aux besoins du dessalement

Au cours du projet DESOLINATION, des mélanges de CO2 innovants seront développés pour optimiser l’efficacité du cycle de production d’énergie et s’adapter aux paramètres de température et de pression requis pour les turbomachines du cycle de production d’énergie.

Des échangeurs de chaleur spécifiques seront également conçus pour répondre aux exigences particulières du cycle en matière de matériaux, de température et de pression.

Grâce au savoir-faire en matière de sCO2 acquis dans le cadre de précédents projets H2020, les différents composants seront d’abord modélisés et testés de manière indépendante à l’échelle du laboratoire.

La méthodologie résultante fournira des stratégies d’optimisation pour démontrer à la fois l’efficacité supérieure du cycle de production d’énergie au sCO2 et le couplage efficace du cycle de production d’énergie au système de désalinisation.

Développer le système de contrôle complet de la centrale couplée CSP+D

Les systèmes de contrôle sont des aspects importants des centrales électriques et plus encore des systèmes intégrés tels que le démonstrateur final DESOLINATION.

Le jumeau numérique de la centrale couplée CSP+D développé dans DESOLINATION garantira que le schéma d’intégration est conforme au système de contrôle distribué final.

Alors que les systèmes CSP et de dessalement sont d’abord développés indépendamment, le schéma d’intégration est essentiel pour parvenir à une combinaison efficace de l’usine finale.

Le système de contrôle distribué (DCS) fournira un mécanisme de contrôle en temps réel pour un fonctionnement et une surveillance efficaces de l’ensemble de l’usine.

Basé sur une stratégie de contrôle multicouche qui intègre le contrôle individuel de chaque composant et une stratégie d’exploitation optimale, le système DCS DESOLINATION gérera l’ensemble du système et sera adapté aux cycles électriques existants et de la prochaine génération, ainsi qu’à l’usine de dessalement.

Les tests effectués sur les démonstrateurs de la KSU permettront de valider la fiabilité de la méthodologie du système de contrôle.

Développer le système de contrôle complet de la centrale couplée CSP+D

Les systèmes de contrôle sont des aspects importants des centrales électriques et plus encore des systèmes intégrés tels que le démonstrateur final DESOLINATION. Le jumeau numérique de la centrale couplée CSP+D développé dans DESOLINATION garantira que le schéma d’intégration est conforme au système de contrôle distribué final. Alors que les systèmes CSP et de dessalement sont d’abord développés indépendamment, le schéma d’intégration est essentiel pour parvenir à une combinaison efficace de l’usine finale. Le système de contrôle distribué (DCS) fournira un mécanisme de contrôle en temps réel pour un fonctionnement et une surveillance efficaces de l’ensemble de l’usine. Basé sur une stratégie de contrôle multicouche qui intègre le contrôle individuel de chaque composant et une stratégie d’exploitation optimale, le système DCS DESOLINATION gérera l’ensemble du système et sera adapté aux cycles électriques existants et de la prochaine génération, ainsi qu’à l’usine de dessalement.

Les tests effectués sur les démonstrateurs de la KSU permettront de valider la fiabilité de la méthodologie du système de contrôle.

Développer un nouveau cycle de production d'électricité à partir de CO2 supercritique pour répondre aux besoins du dessalement

Au cours du projet DESOLINATION, des mélanges de CO2 innovants seront développés pour optimiser l’efficacité du cycle de production d’énergie et s’adapter aux paramètres de température et de pression requis pour les turbomachines du cycle de production d’énergie. Des échangeurs de chaleur spécifiques seront également conçus pour répondre aux exigences particulières du cycle en matière de matériaux, de température et de pression. Grâce au savoir-faire en matière de sCO2 acquis dans le cadre de précédents projets H2020, les différents composants seront d’abord modélisés et testés de manière indépendante à l’échelle du laboratoire. La méthodologie résultante fournira des stratégies d’optimisation pour démontrer à la fois l’efficacité supérieure du cycle de production d’énergie au sCO2 et le couplage efficace du cycle de production d’énergie au système de désalinisation.

Optimiser le couplage entre le CSP et le processus de dessalement

DESOLINATION se concentrera sur l’optimisation de la récupération de la chaleur résiduelle du CSP pour piloter la méthode de récupération de la solution de tirage. En utilisant les données du WP2 (work package – lot de travail) (Optimisation du cycle thermique du CSP pour le dessalement) et du WP3 (Optimisation du dessalement en utilisant la chaleur du CSP), les obstacles à l’intégration des systèmes solaires et de dessalement indépendants seront abordés dans le WP4, où des études de modélisation et d’optimisation du processus intégré seront réalisées.

Le système d’intégration permettra de combiner efficacement des cycles indépendants à haut rendement pour produire des niveaux élevés d’eau pure et d’électricité.

Développer des membranes de séparation innovantes pour le processus de distillation hybride osmose directe-membrane

Les membranes sont au cœur de toutes les étapes du processus de dessalement, du prétraitement par nanofiltration (NF), de l’osmose directe (FO) et de la distillation membranaire (MD). Dans le cadre de DESOLINATION, les activités de modélisation et d’essais à petite échelle viseront à optimiser toutes les étapes des séparations par membranes hybrides.

Tout d’abord, les membranes NF seront utilisées pour réduire l’encrassement et l’entartrage de la FO.

Ensuite, la membrane de séparation FO sera réglée avec précision pour assurer le contrôle d’un flux d’eau élevé en combinaison avec un flux inverse faible de la solution de prélèvement à la solution d’alimentation et ainsi maximiser l’efficacité et l’utilisation de la différence de pression osmotique entre l’eau de mer et la solution de prélèvement.

Enfin, la membrane de séparation MD doit optimiser l’élimination de l’eau pure de la solution de prélèvement et doit donc être adaptée aux propriétés chimiques et physiques de la solution de prélèvement conçue pour la récupération de chaleur thermique, ainsi qu’aux conditions de température et de pression requises pour le processus de récupération des DMV.

Développer une solution de tirage améliorée pour améliorer la FO et la récupération de la solution de tirage en utilisant la chaleur résiduelle du CSP

Le processus nécessaire de récupération de la solution de tirage (DS) est un aspect essentiel du projet DESOLINATION, car la chaleur résiduelle du cycle électrique CSP sera utilisée pour séparer l’eau douce de la solution de tirage.

En effet, après l’étape d’osmose directe, la solution de tirage doit être régénérée et séparée de l’eau.

La régénération du DS est un processus coûteux et énergivore qui peut être contrôlé par un réglage fin de la chaleur résiduelle récupérée par le CSP afin d’assurer son utilisation optimale en tant que source d’énergie pour ce processus.

Ceci peut être réalisé en définissant des paramètres spécifiques de la solution de tirage au sort, afin de maximiser son adaptabilité à la source d’énergie de chaleur résiduelle CSP.

Développer des solutions de traitement des saumures pour améliorer l'impact environnemental global des procédés de dessalement.

L’objectif de l’usine de dessalement étant d’extraire le maximum d’eau pure de l’eau de mer, l’un des résultats nécessaires est l’obtention d’une saumure extrêmement concentrée. Plus le processus de dessalement est efficace, plus la saumure produite est concentrée et, par conséquent, plus l’impact sur l’environnement est élevé.

Pour réduire cet impact, le projet DESOLINATION fait du traitement de la saumure l’une de ses principales priorités. L’objectif est de réduire considérablement l’empreinte environnementale du rejet de la saumure et de développer une stratégie de valorisation des matériaux extraits.

La coopération internationale avec les pays du CCG participant au projet permettra aux partenaires de l’UE d’acquérir une connaissance approfondie de la composition de l’eau de mer locale afin de mettre au point le traitement nécessaire.

Développer des membranes de séparation innovantes pour le processus de distillation hybride osmose directe-membrane

Les membranes sont au cœur de toutes les étapes du processus de dessalement, du prétraitement par nanofiltration (NF), de l’osmose directe (FO) et de la distillation membranaire (MD). Dans le cadre de DESOLINATION, les activités de modélisation et d’essais à petite échelle viseront à optimiser toutes les étapes des séparations par membranes hybrides. Tout d’abord, les membranes NF seront utilisées pour réduire l’encrassement et l’entartrage de la FO. Ensuite, la membrane de séparation FO sera réglée avec précision pour assurer le contrôle d’un flux d’eau élevé en combinaison avec un flux inverse faible de la solution de prélèvement à la solution d’alimentation et ainsi maximiser l’efficacité et l’utilisation de la différence de pression osmotique entre l’eau de mer et la solution de prélèvement. Enfin, la membrane de séparation MD doit optimiser l’élimination de l’eau pure de la solution de prélèvement et doit donc être adaptée aux propriétés chimiques et physiques de la solution de prélèvement conçue pour la récupération de chaleur thermique, ainsi qu’aux conditions de température et de pression requises pour le processus de récupération des DMV.

Développer des solutions de traitement des saumures pour améliorer l'impact environnemental global des procédés de dessalement.

L’objectif de l’usine de dessalement étant d’extraire le maximum d’eau pure de l’eau de mer, l’un des résultats nécessaires est l’obtention d’une saumure extrêmement concentrée. Plus le processus de dessalement est efficace, plus la saumure produite est concentrée et, par conséquent, plus l’impact sur l’environnement est élevé.

Pour réduire cet impact, le projet DESOLINATION fait du traitement de la saumure l’une de ses principales priorités. L’objectif est de réduire considérablement l’empreinte environnementale du rejet de la saumure et de développer une stratégie de valorisation des matériaux extraits. La coopération internationale avec les pays du CCG participant au projet permettra aux partenaires de l’UE d’acquérir une connaissance approfondie de la composition de l’eau de mer locale afin de mettre au point le traitement nécessaire.

Développer une solution de tirage améliorée pour améliorer la FO et la récupération de la solution de tirage en utilisant la chaleur résiduelle du CSP

Le processus nécessaire de récupération de la solution de tirage (DS) est un aspect essentiel du projet DESOLINATION, car la chaleur résiduelle du cycle électrique CSP sera utilisée pour séparer l’eau douce de la solution de tirage. En effet, après l’étape d’osmose directe, la solution de tirage doit être régénérée et séparée de l’eau. La régénération du DS est un processus coûteux et énergivore qui peut être contrôlé par un réglage fin de la chaleur résiduelle récupérée par le CSP afin d’assurer son utilisation optimale en tant que source d’énergie pour ce processus. Ceci peut être réalisé en définissant des paramètres spécifiques de la solution de tirage au sort, afin de maximiser son adaptabilité à la source d’énergie de chaleur résiduelle CSP.

Élaborer une feuille de route pour atteindre des TRL plus élevés et mettre en place une stratégie solide d'adoption et d'exploitation par le marché

En s’appuyant sur l’ACSP et d’autres partenaires locaux de l’entreprise industrielle fortement implantée dans la région et sur leur expertise en matière de centrales solaires à concentration et d’usines de dessalement, les partenaires de DESOLINATION veilleront à définir une ligne d’évolution claire entre la fin du TRL 6 et le TRL 9.

En effet, pour que le système s’attaque efficacement aux émissions de carbone des usines de dessalement, l’objectif est d’assurer la reproductibilité et l’adoption par le marché des démonstrateurs finaux.

L’implication de groupes industriels puissants dans le consortium garantira que le développement de DESOLINATION répond aux critères et aux exigences de la commercialisation du système.

Valider la technologie au moyen de démonstrateurs à haut rendement énergétique dans un environnement réel en Arabie saoudite

Les démonstrateurs finaux développés dans le cadre de DESOLINATION seront construits et testés.

L’intégration des cycles CSP existants et de la prochaine génération sera mise en œuvre dans les installations de l’Université du Roi Saoud pour permettre des essais dans un environnement réel.

Deux phases d’essais (transitoires et à long terme) seront menées sur chaque cycle et permettront de valider les paramètres modélisés et l’efficacité énergétique attendue des démonstrateurs.

L’objectif des essais est de valider la stratégie d’intégration du système de récupération de chaleur à la méthode de récupération de la solution de tirage, ainsi que son adaptabilité à différents cycles de puissance.

En outre, la prochaine génération de cycle électrique sera validée comme un couplage efficace pour produire à la fois de l’électricité renouvelable pour le réseau et une production d’eau suffisante pour être compétitive par rapport à d’autres systèmes de dessalement.

Les LCOE et LCOW des systèmes finaux seront comparés à ceux des installations de pointe.

Garantir le potentiel de reproductibilité du système de DESOLINATION dans les pays du CCG (Conseil de coopération des États arabes du Golfe).

Sur la base des connaissances des partenaires du CCG faisant partie du consortium, la technologie de DESOLINATION sera testée dans les conditions environnementales spécifiques de la région, telles que l’eau de mer de Bahreïn, dont le rapport TDS est très élevé, et que l’UOB a déjà étudiée.

Cela permettra d’adapter le système aux conditions locales et de l’étendre à d’autres sites dans les pays du Golfe.

De plus, les innovations apportées au cycle électrique avec l’intégration de mélanges de CO2 et de turbomachines adaptées, donc plus petites, ainsi que le travail d’optimisation du schéma d’intégration, visent une forte réduction des dépenses d’investissement de la centrale.

Le système final sera donc non seulement efficace sur le plan énergétique, mais aussi plus compétitif sur le plan des coûts que les autres installations de dessalement solaire, ce qui offre de meilleures conditions pour sa reproductibilité.

Garantir le potentiel de reproductibilité du système de DESOLINATION dans les pays du CCG (Conseil de coopération des États arabes du Golfe).

Sur la base des connaissances des partenaires du CCG faisant partie du consortium, la technologie de DESOLINATION sera testée dans les conditions environnementales spécifiques de la région, telles que l’eau de mer de Bahreïn, dont le rapport TDS est très élevé, et que l’UOB a déjà étudiée. Cela permettra d’adapter le système aux conditions locales et de l’étendre à d’autres sites dans les pays du Golfe. De plus, les innovations apportées au cycle électrique avec l’intégration de mélanges de CO2 et de turbomachines adaptées, donc plus petites, ainsi que le travail d’optimisation du schéma d’intégration, visent une forte réduction des dépenses d’investissement de la centrale. Le système final sera donc non seulement efficace sur le plan énergétique, mais aussi plus compétitif sur le plan des coûts que les autres installations de dessalement solaire, ce qui offre de meilleures conditions pour sa reproductibilité.

Valider la technologie au moyen de démonstrateurs à haut rendement énergétique dans un environnement réel en Arabie saoudite

Les démonstrateurs finaux développés dans le cadre de DESOLINATION seront construits et testés. L’intégration des cycles CSP existants et de la prochaine génération sera mise en œuvre dans les installations de l’Université du Roi Saoud pour permettre des essais dans un environnement réel. Deux phases d’essais (transitoires et à long terme) seront menées sur chaque cycle et permettront de valider les paramètres modélisés et l’efficacité énergétique attendue des démonstrateurs. L’objectif des essais est de valider la stratégie d’intégration du système de récupération de chaleur à la méthode de récupération de la solution de tirage, ainsi que son adaptabilité à différents cycles de puissance. En outre, la prochaine génération de cycle électrique sera validée comme un couplage efficace pour produire à la fois de l’électricité renouvelable pour le réseau et une production d’eau suffisante pour être compétitive par rapport à d’autres systèmes de dessalement. Les LCOE et LCOW des systèmes finaux seront comparés à ceux des installations de pointe.

Élaborer une feuille de route pour atteindre des TRL plus élevés et mettre en place une stratégie solide d'adoption et d'exploitation par le marché

En s’appuyant sur l’ACSP et d’autres partenaires locaux de l’entreprise industrielle fortement implantée dans la région et sur leur expertise en matière de centrales solaires à concentration et d’usines de dessalement, les partenaires de DESOLINATION veilleront à définir une ligne d’évolution claire entre la fin du TRL 6 et le TRL 9. En effet, pour que le système s’attaque efficacement aux émissions de carbone des usines de dessalement, l’objectif est d’assurer la reproductibilité et l’adoption par le marché des démonstrateurs finaux. L’implication de groupes industriels puissants dans le consortium garantira que le développement de DESOLINATION répond aux critères et aux exigences de la commercialisation du système.

Horizon 2020

Qu’est-ce que Horizon 2020 ?

Horizon 2020 est le plus grand programme de recherche et d’innovation jamais mis en place par l’UE, avec près de 80 milliards d’euros de financement disponibles sur 7 ans (2014 à 2020).

Financement disponible

milliards d'€

Programme de recherche et d’innovation

milliards d'€

Après Horizon 2020 ?

La Commission a publié sa proposition pour Horizon Europe, un ambitieux programme de recherche et d’innovation doté de 100 milliards d’euros qui succédera à Horizon 2020.