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La startup suisse Energy Vault a mis au point une nouvelle solution simple et astucieuse pour stocker l’électricité. Une alternative bon marché aux stations de pompage-turbinage (STEP) et aux batteries. Elle combine surtout plusieurs avantages : un très bon rendement énergétique, elle peut être implantée à peu près partout et ne nécessite que peu de capitaux.
Pour accompagner la transition énergétique, les capacités actuelles de stockage d’électricité dans le monde devront tripler au cours des 20 prochaines années. Dans un rapport de 2016, Bloomberg New Energy Finance estimait que le montant des investissements nécessaires d’ici 2030 pour le stockage d’énergie s’élevait à plus de 100 milliards de dollars. Actuellement 96 % des capacités mondiales de stockage sont assurées par des stations de pompage-turbinage. La France dispose de 6 centrales de ce type, d’une puissance totale de 5 GW. En Belgique, la centrale de Coo permet d’injecter 1,3 GW sur le réseau pendant 5 heures. Ces stations ont été construites en même temps que le parc nucléaire pour parer au manque de souplesse des réacteurs dont la puissance ne peut pas varier aussi rapidement que la consommation sur le réseau.
Mais peu de sites se prêtent à la construction de nouvelles STEP, leur implantation n’étant possible qu’en montagne ou sur les reliefs accidentés. Leurs lacs de rétention d’eau occupent beaucoup de place et l’édification d’un barrage pose souvent de gros problèmes environnementaux.
Ces derniers temps, les batteries électrochimiques ont la cote en matière de stockage d’électricité. L’utilisation de batteries usagées de véhicules électriques est notamment une solution intéressante. Mais cette technologie est encore chère et le stockage stationnaire par batterie entre en concurrence avec le développement attendu de la mobilité électrique qui nécessitera aussi de grandes capacités de stockage. Le spectre d’une pénurie des matières premières nécessaires à leur fabrication pourrait provoquer une hausse des prix.
En outre la capacité de stockage des batteries diminue dans le temps et leur longévité est limitée à moins de 20 ans.
Des batteries « de béton »
... même principe que celui qui est appliqué dans les stations de pompage-turbinage ... le moteur électrique de la grue devient un alternateur qui, en freinant la descente des blocs, produit de l’électricité et l’injecte sur le réseau. L’énergie potentielle a donc été transformée en énergie cinétique d’abord (due à la vitesse de descente des blocs) puis en énergie électrique. Ici, c’est un principe similaire à celui du freinage régénératif, utilisé dans les véhicules électriques et hybrides, qui s’applique.
... L’ensemble du processus est piloté par un algorithme ... détermine à tout instant l’endroit où doivent être placés les blocs et les capacités de stockage nécessaires en fonction de paramètres multiples, comme les prévisions de consommation, les prix de l’électricité ou la météo qui impacte la production des énergies renouvelables. Le logiciel qui pilote la grue est aussi conçu pour éviter les oscillations des blocs provoquées éventuellement par le vent. Ils doivent en effet être déposés au centimètre près pour préserver la stabilité de la tour ... garantir la sécurité et la fiabilité de la technologie quelles que soient les conditions météo.
Avantage de cette solution : elle peut être mise en œuvre à peu près partout puisqu’il suffit d’un terrain plat d’un diamètre de 100 mètres. L’installation peut par exemple être implantée à côté d’une ferme solaire ou éolienne pour compenser la variabilité de sa production d’électricité. Évidemment, la grue et la tour de béton d’une hauteur de 120 mètres ne passeront pas inaperçues dans le paysage et on peut imaginer que des riverains éventuels ne seront pas heureux en cas d’une construction proche de leur lieu de vie. C’est un des seuls désavantages de cette technologie.
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Rendement et rapidité de réaction
Selon Energy Vault, le rendement énergétique du processus est d’environ 90 %, c’est-à-dire que 90 % de l’énergie utilisée pour lever les blocs est réinjectée sur le réseau. Par comparaison, le rendement d’une STEP n’est que de 75 %.
Autre grand avantage du concept : en cas de risque de déséquilibre du réseau, l’installation peut démarrer en l’espace de quelques millisecondes et elle atteint sa pleine puissance après seulement 2,9 secondes. Cette rapidité de réaction permet d’entrevoir pour cette technologie la possibilité de fournir des services de régulation du réseau, en corrigeant de brefs déséquilibres électriques tels que des écarts de fréquence ou de tension. Ces services, très utiles aux gestionnaires de réseau sont rémunérés avantageusement.
Coût et rentabilité
Andrea Pedretti, Chief Technology Officer de la startup. Pour la fabrication des blocs de béton – qui sont coulés sur place – il est prévu d’utiliser des déchets de construction, ce qui réduit les coûts et les impacts environnementaux. ...
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Date : Fri, 18 Jan 2019 19:05:46 +0000 De : Michaël - Révolution Énergétique michael@saabre.com
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Comment stocker l’électricité renouvelable sans barrage ni batterie ? © Energy Vault
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Stockage d’énergie : l’invention géniale d’une startup suisse
Actualité Classé sous :énergie renouvelable , stockage d'énergie , stockage d'électricité
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Céline Deluzarche Journaliste
Oubliez les barrages et les batteries géantes ! La startup suisse Energy Vault a imaginé un moyen étonnant pour stocker l’énergie renouvelable : empiler des blocs de béton comme dans un Lego géant. Une solution low cost et très efficace.
Imaginez un barrage hydraulique servant à stocker l’énergie, mais où l’eau aurait été remplacée par d’énormes blocs de béton de 35 m3 qui s’empilent les uns sur les autres comme des Legos, montés et descendus dans un étrange ballet de grues. Voilà l’idée un peu loufoque de la startup suisse Energy Vault, qui vient de conclure début novembre son premier contrat commercial avec le géant indien Tata. En 2019, ce dernier sera ainsi équipé d’une unité de stockage low cost capable d’injecter de l’électricité sur le réseau en moins de 3 secondes.
Une technologie de stockage low cost : aucun matériau coûteux comme le lithium ou le platine, mais de simples blocs de béton issus de la récupération de déchets de construction. © Energy Vault
L’énergie cinétique transformée en énergie potentielle
Comment ça marche ? Lorsque l’électricité est excédentaire, une grue à six branches monte les blocs de béton en haut de la tour, jusqu’à une hauteur de 120 mètres : l’énergie cinétique est transformée en énergie potentielle. En cas de besoin, les blocs sont redescendus par les grues, alimentant une turbine grâce à l’énergie cinétique restituée. Le tout géré par un algorithme spécialement développé par la startup, qui calcule en temps réel où doit être placé le bloc et le stockage nécessaire en fonction de multiples paramètres, comme les prévisions de demande, les prix de l’électricité ou la météo qui influe sur la production des autres énergies renouvelables.
Lorsque l’électricité est excédentaire, la grue monte les blocs de béton. Lors d’un pic de demande, les blocs sont descendus en alimentant une turbine qui produit de l’électricité. © Energy Vault, YouTube
Stocker l’énergie renouvelable, un casse-tête technologique et économique
Selon l’Agence Internationale de l’Energie (IEA), les énergies renouvelables couvriront 40 % de la production électrique mondiale en 2050. Le problème est que l’éolien et le solaire sont des énergies intermittentes, dépendantes du vent ou de l’ensoleillement. La question du stockage est donc cruciale si l’on veut continuer à augmenter leur part. Les possibilités actuelles sont encore très limitées. La plus simple et la moins chère est le barrage hydroélectrique. EDF exploite ainsi six STEP (Station de transfert d'énergie par pompage) en France soit près de 5 gigawatts (l'équivalent de cinq réacteurs nucléaires) activables en une dizaine de minutes. Mais un barrage ne peut pas s'installer n’importe où. En France, le nombre de sites possibles est d’ailleurs quasi à saturation, et dans le monde, la construction de grands barrages soulève des oppositions en raison de leur impact sur les écosystèmes. D’autres entreprises, à l’instar de Tesla, misent sur les batteries lithium-ion. HDF Energy a, de son côté installé, la plus grande batterie du monde en Guyane, qui fonctionne à l’hydrogène. Mais ces technologies coûtent encore très cher et leur durée de vie n’excède pas 20 ans.
Les unités de stockage sont destinées à être implantées à côté des fermes éoliennes ou solaires pour assurer une production électrique 24h/24. © Energy Vault
Une durée de vie supérieure à 40 ans
Face à ce dilemme, les arguments de la startup Energy Vault ont de quoi séduire. Ici, pas de matériaux coûteux comme le lithium, mais du béton récupéré des déchets de construction. Pas de déperdition d’efficacité énergétique au fil du temps, comme avec les batteries : le système affiche une durée de vie supérieure à 40 ans. Le coût de maintenance est presque nul et le rendement de 90 %, supérieur à celui d’un barrage hydroélectrique. La station peut être installée n’importe où (à condition de disposer d’un espace de 100 mètres de diamètre) et fonctionne par tous les temps. Celle installée en Inde pour Tara Power disposera d’une capacité de 35 MWh, pour une puissance comprise entre 2 et 5 MW. Le chiffre peut donc sembler modeste (par comparaison, la puissance en turbine du barrage de Super-Bissorte en Savoie est de 730 MW), mais de petites unités de stockage très rapidement mobilisables, c’est justement ce qu’il faut pour rendre autonomes les fermes solaires ou éoliennes et décentraliser la production énergétique.
Parallèlement à son contrat avec Tata, la startup a annoncé un partenariat stratégique avec le cimentier Cemex pour mettre au point des nouveaux types de béton spécialement optimisés pour cet usage et à l’empreinte carbone la plus faible possible. Energy Vault prouve en tout cas que les meilleures idées ne nécessitent pas forcément une technologie de pointe ; il suffit parfois d’ingéniosité pour faire avancer le monde !
Ce qu'il faut retenir
La startup Energy Vault a inventé un système de stockage low cost reposant sur des blocs de béton.