La recherche est essentielle pour exploiter l'énergie géothermique à haute température. Le programme proposé par le ministère de l'énergie pourrait contribuer à la réalisation de ce potentiel.

L'agence ARPA-E (Advanced Research Projects Agency - Energy) du ministère américain de l'énergie a franchi une étape importante dans l'accélération du développement de l'énergie géothermique des roches très chaudes (SHR) en explorant un programme axé sur l'avancement des systèmes géothermiques fonctionnant dans des environnements difficiles et à haute température. S'il est approuvé, ce programme pourrait avoir un impact significatif sur le système énergétique en contribuant à accélérer le calendrier de commercialisation de energie superhot rock. 

L'ARPA-E a sollicité des recommandations du public pour soutenir la planification du programme SHR afin d'éclairer la formulation éventuelle de futurs programmes de recherche, et a demandé des éclaircissements sur la R&D nécessaire. CATF a répondu avec des idées recueillies lors de nos entretiens avec les leaders technologiques du secteur géothermique, la série Bridging the Gaps, et notre expertise en matière de politique climatique et énergétique. CATFLa réponse de la Commission identifie les domaines de recherche et de développement susceptibles d'aider à commercialiser les systèmes géothermiques à base de roches très chaudes.  

Pourquoi un programme de recherche et de développement en géothermie sur les roches très chaudes ? 

Pour que la technologie SHR devienne une réalité, il faudra des avancées technologiques par rapport aux technologies géothermiques et fossiles qui existent aujourd'hui. En explorant le programme SHR, l'ARPA-E se concentre précisément sur ce point. Si l'ARPA-E met en place un programme de recherche sur les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, des progrès considérables pourraient être réalisés dans ce domaine, ce qui serait bénéfique pour la résilience énergétique et la décarbonisation. En s'engageant dans une R&D ciblée sur la RSS, l'ARPA-E pourrait faire en sorte que le champ d'application de la géothermie s'étende au-delà des petites poches hydrothermales actives du monde et que son potentiel énergétique augmente de manière significative. Des investissements ciblés dans la R&D, qui ont été notés comme une priorité clé dans la note d'information sur la RSS deCATF, pourraient faire de cette technologie qui n'est pas si lointaine une réalité.  

À la suite de l'annonce par l'ARPA-E de l'étude d'un programme SHR, la dynamique mondiale s'est également accélérée : l'agence a organisé un événement au début du mois d'octobre pour recueillir davantage d'informations sur les besoins en R&D ; CATF a organisé un sommet SHR à la fin du mois d'octobre pour établir une feuille de route technologique ; et des pays comme l'Islande, la Nouvelle-Zélande et le Japon préparent le terrain pour leurs propres travaux sur le sujet.  

CATFRéponse de la Commission : Principales lacunes technologiques que le programme ARPA-E sur les roches très chaudes devrait combler 

1. Forage et conception des puits. La construction des puits a été le point d'échec de presque tous les projets de démonstration SHR passés. Il est nécessaire de tester et d'améliorer les matériaux de tubage et de cimentation existants pour améliorer les performances et la longévité des puits. Nous recommandons que l'ARPA-E soutienne les essais en laboratoire et la modification des matériaux existants. Outre les performances et la longévité des puits, les progrès des technologies de forage et des équipements de détection à haute température seront nécessaires pour accéder à la ressource dans un plus grand nombre d'endroits. 

2. Des matériaux innovants pour des conditions extrêmes. Outre les essais et les modifications des matériaux existants, la R&D sur l'utilisation de nouveaux matériaux et de nouvelles méthodes de complétion des puits est également importante. Bien que l'essai et l'itération de l'équipement existant soient utiles pour accéder au PSM aujourd'hui, l'exploration de nouveaux matériaux (tels que les ciments) et de nouvelles approches pourrait faire baisser les coûts à long terme.  

3. Création et gestion de réservoirs pour les systèmes géothermiques améliorés (EGS). Ce sujet est probablement le moins avancé de toutes les technologies verticales des systèmes géothermiques améliorés. Pour que les systèmes SHR soient efficaces, il est essentiel de s'assurer qu'un réservoir peut être amélioré ou créé, puis maintenu pendant toute la durée de vie du puits, afin de construire un système SHR productif dans son ensemble. Il s'agit notamment de faire progresser les méthodes SHR, qui peuvent inclure l'utilisation d'obturateurs, de proppants, de manchons coulissants et d'explosifs, ou l'exploration de méthodes alternatives telles que le choc thermique et l'hydroséparation. Outre l'accent mis sur l'amélioration de l'équipement, il est important d'obtenir un contrôle plus précis de l'environnement souterrain. CATF suggère que l'ARPA-E oriente également ses efforts vers la création de modèles plus robustes pour la gestion de la perméabilité et l'atténuation de la sismicité.  

4. Systèmes de production d'énergie en surface. L'amélioration de la reproductibilité et la réduction du coût des options de conception des centrales électriques qui existent aujourd'hui est le "nom du jeu" pour les améliorations de l'équipement de surface. Le système complet de conversion de chaleur pour la SHR n'est pas disponible sur étagère en raison de l'absence de demande, et les centrales électriques de la SHR devraient donc être construites sur mesure, ce qui limiterait les réductions de coûts et augmenterait le temps nécessaire à la réalisation des premiers projets et à l'extensibilité ultérieure. CATF recommande le développement de modèles de centrales électriques spécifiques aux exigences uniques de la SHR, ce qui aiderait à rationaliser le processus de construction de systèmes électriques capables de convertir efficacement l'énergie superchaude en électricité. CATF recommande également l'exploration de la conception et de l'équipement des centrales électriques qui peuvent être suffisamment répétables et utilisables pour la variété des conditions de fluides de la SHR attendues. 

5. Prise en compte des installations et de l'expertise développées pour d'autres secteurs. L'ARPA-E devrait envisager la possibilité de tirer parti de son programme pour soutenir des groupes de recherche dans des domaines connexes ayant des besoins similaires en matériaux à haute température, comme les industries nucléaire et aérospatiale, et collaborer avec le secteur du pétrole et du gaz. 

CATF a également exploré les méthodes, les défis et les voies à suivre pour la géothermie SHR dans la série "Bridging the Gaps" (combler les lacunes). Cette collection de rapports, rédigés par des experts de premier plan, aborde des domaines tels que la caractérisation des sites, le forage, l'extraction de chaleur, la construction de puits et la production d'énergie, et fournit une analyse approfondie des défis technologiques pour chacun d'entre eux. Ces rapports sont destinés à guider le développement de la technologie SHR, du concept à la viabilité commerciale. Le travail se poursuit et le site web continuera d'être mis à jour au fur et à mesure que nous publierons des ressources supplémentaires.  

Pour l'avenir, CATF s'engage à collaborer avec la communauté élargie des experts en technologie et en politique afin de libérer tout le potentiel de l'énergie géothermique en tant que solution climatique à une époque où la demande d'énergie augmente rapidement. Avec les investissements appropriés, l'énergie géothermique des roches très chaudes pourrait devenir une solution puissante pour renforcer la sécurité énergétique des États-Unis et fournir une énergie fiable et propre pour l'avenir.