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GridScale : stocker l'énergie renouvelable dans des pierres au lieu de piles au lithium

2021-06-16
LES SUJETS:
Université d'Aarhus, Technologie des batteries, Énergie, Énergie verte, Populaire
Par UNIVERSITÉ AARHUS 6 MAI 2021



Lorsqu'il y a un surplus d'électricité d'origine éolienne ou solaire, le stockage d'énergie est chargé. Ceci est réalisé par un système de compresseurs et de turbines pompant l'énergie thermique d'un ou plusieurs réservoirs de stockage remplis de pierres froides vers un nombre correspondant de réservoirs de stockage remplis de pierres chaudes. Cela rend les pierres dans les réservoirs froids très froides, alors qu'il fait très chaud dans les réservoirs chauds, jusqu'à 600 degrés. Crédit : Claus Rye, Stiesdal Storage Technologies

Le concept de stockage d'énergie renouvelable dans les pierres s'est rapproché de la réalisation avec la construction de l'usine de démonstration GridScale. La centrale sera la plus grande installation de stockage d'électricité au Danemark, avec une capacité de 10 MWh. Le projet est financé par le Programme de développement et de démonstration des technologies énergétiques (EUDP) de l'Agence danoise de l'énergie.
Des pierres de la taille d'un petit pois chauffées à 600°C dans de grandes cuves en acier isolées sont au cœur d'un nouveau projet d'innovation visant à faire une percée dans le stockage intermittent de l'électricité éolienne et solaire.

La technologie, qui stocke l'énergie électrique sous forme de chaleur dans les pierres, s'appelle GridScale et pourrait devenir une alternative bon marché et efficace au stockage de l'énergie solaire et éolienne dans des batteries au lithium. Alors que les batteries au lithium ne sont rentables que pour la fourniture d'énergie pendant de courtes périodes allant jusqu'à quatre heures, un système de stockage d'électricité GridScale soutiendra de manière rentable la fourniture d'électricité pendant de plus longues périodes - jusqu'à environ une semaine.

« Le seul véritable défi de l'établissement d'un approvisionnement en électricité 100 % renouvelable est que nous ne pouvons pas économiser l'électricité générée par temps venteux et ensoleillé pour une utilisation ultérieure. La demande et la production ne suivent pas le même schéma. Il n'y a pas encore de solutions commerciales à ce problème, mais nous espérons pouvoir y parvenir avec notre système de stockage d'énergie GridScale », déclare Henrik Stiesdal, fondateur de la société de technologie climatique Stiesdal Storage Technologies, qui est à l'origine de la technologie.

En bref, la technologie GridScale consiste à chauffer et à refroidir du basalte broyé en de minuscules pierres de la taille d'un pois dans un ou plusieurs ensembles de réservoirs en acier isolés. L'installation de stockage est chargée par un système de compresseurs et de turbines, qui pompe l'énergie thermique d'un ou plusieurs réservoirs de stockage remplis de pierres froides vers un nombre similaire de réservoirs de stockage remplis de pierres chaudes, lorsqu'il y a un surplus d'énergie éolienne ou solaire.

Cela signifie que les pierres dans les réservoirs froids deviennent très froides, alors qu'elles deviennent très chaudes dans les réservoirs chauds ; en fait jusqu'à 600oC. La chaleur peut être stockée dans les pierres pendant plusieurs jours, et le nombre d'ensembles de réservoirs remplis de pierres peut varier en fonction de la durée de stockage requise.

Lorsqu'il y a à nouveau une demande d'électricité, le processus s'inverse, de sorte que les pierres dans les réservoirs chauds deviennent plus froides tandis qu'elles se réchauffent dans les réservoirs froids. Le système est basé sur un matériau de stockage peu coûteux et une technologie mature et bien connue pour la charge et la décharge.
« Le basalte est un matériau bon marché et durable qui peut stocker de grandes quantités d'énergie dans de petits espaces et qui peut supporter d'innombrables charges et décharges de l'installation de stockage. Nous développons actuellement un prototype pour la technologie de stockage afin de montrer la voie à suivre pour résoudre le problème du stockage de l'énergie renouvelable - l'un des plus grands défis du développement de l'énergie durable dans le monde », a déclaré Ole Alm, responsable du développement chez le groupe énergétique Andel, qui fait également partie du projet.

Le prototype GridScale sera la plus grande installation de stockage du système électrique danois, et un défi majeur sera de rendre la flexibilité de stockage disponible sur les marchés de l'électricité d'une manière qui offre la meilleure valeur possible. Par conséquent, cela fera également partie du projet.

L'emplacement précis de l'installation de stockage prototype n'a pas encore été décidé. Cependant, ce sera certainement dans la partie orientale du Danemark au sud ou à l'ouest de la Zélande ou à Lolland-Falster, où la production des nouvelles grandes unités photovoltaïques en particulier augmente plus rapidement que la consommation ne peut suivre.
Le nom complet du projet d'innovation est « GridScale – stockage d'électricité à grande échelle rentable » et il durera trois ans avec un budget total de 35 millions de DKK (4,7 millions d'euros). Le projet est financé à hauteur de 21 millions de couronnes danoises (2,8 millions d'euros) au titre du programme de développement et de démonstration de technologies énergétiques (EUDP).

Outre les sociétés Stiesdal et Andel, le groupe partenaire comprend l'Université d'Aarhus (AU), l'Université technique du Danemark (DTU), Welcon, BWSC (Burmeister Wain Scandinavian Contractor), Energi Danmark et Energy Cluster Danemark.

Les partenaires fourniront une analyse du système énergétique et une optimisation de la conception pour une installation de stockage de pierres, ainsi que l'optimisation des concepts techniques et la maturation de la technologie GridScale en une solution évolutive prête à être commercialisée.

Par exemple, le modèle de système énergétique européen développé par AU sera combiné avec le modèle d'optimisation des turbines développé par DTU pour mieux comprendre le rôle potentiel de l'installation de stockage de pierre dans un contexte européen et pour optimiser la conception :

« La transition vers les énergies renouvelables modifie le fonctionnement du système énergétique, tout simplement parce que l'énergie éolienne et solaire ne sont pas nécessairement produites lorsque nous en avons besoin. Par conséquent, nous devons découvrir comment la conception technique peut être adaptée au mieux au système énergétique et dans quels pays et à quel moment dans la transition verte la technologie a la plus grande valeur. Nous chercherons à identifier la combinaison de technologies énergétiques qui apportera la plus grande valeur à la solution de stockage. Je pense que la technologie de stockage de la pierre a un énorme potentiel dans de nombreux endroits du monde et pourrait être d'un grand avantage dans la transition verte », déclare le professeur agrégé Gorm Bruun Andresen du département de génie mécanique et de production de l'université d'Aarhus.