À l’intérieur de la ruée vers la haute technologie en Europe pour un meilleur stockage de l’énergie

Une « chaussette métallique » dans le sol bourrée d’hydrogène. Cuves de sable brûlant. Des poids énormes se déplaçant très, très lentement de haut en bas de vieux puits de mine. Est-ce là l’avenir de l’énergie ?

Cette ménagerie de machines étranges et de récipients de rétention de chaleur est sur le point d’émerger à travers l’Europe alors que le continent cherche des moyens de stocker l’énergie excédentaire produite par les énergies renouvelables. Le Royaume-Uni, par exemple, gaspillé un demi-milliard de livres d’énergie éolienne en 2021 parce qu’il n’avait nulle part où le stocker. Sans un tel stockage, l’électricité doit être utilisée au moment même où elle est produite.

Comme l’énergie éolienne continue d’être gaspillée à travers l’Europe, l’UE dépense des sommes record – des milliards d’euro – sur les importations de gaz alors qu’il réduit sa dépendance aux combustibles fossiles en provenance de Russie.

«Nous sommes à un point d’inflexion», déclare Dominic Walters, directeur des affaires générales chez Highview Power, une entreprise basée au Royaume-Uni qui travaille sur un moyen de stocker l’énergie sous forme d’air liquide. « Il faut tout accélérer partout », ajoute-t-il, faisant référence à l’éventail coloré de projets de stockage d’énergie actuellement aux premiers stades de développement en Europe.

Les partisans des technologies alternatives de stockage d’énergie affirment que les batteries lithium-ion ne nous mèneront pas loin. Leur production repose sur l’exploitation minière, ils n’ont pas une très longue durée de vie et sont sans doute pas idéal pour stocker de l’énergie plus de plusieurs heures.

« Si nous ne trouvons pas rapidement comment stabiliser les réseaux électriques européens, nous finirons par le regretter », déclare Jacopo Tosoni, responsable de la politique à l’Association européenne pour le stockage et l’énergie (EASE) : « Vous avez généralement un risque des pannes d’électricité en 2030.

Une ruée est maintenant en cours pour mettre en place les supports de stockage nécessaires afin que l’énergie puisse être maintenue prête et en attente jusqu’aux moments où elle est requise.

La chaleur est allumée

Dans un quartier industriel de Kankaanpää, en Finlande, une ville d’environ 12 000 habitants, il y a un silo gris foncé de sept mètres de haut rempli de sable. Sable capable de stocker de l’énergie sous forme de chaleur.

« Notre efficacité toute l’année est d’environ 90% pour le système, donc 10% de pertes, ce qui est évidemment assez bon », déclare Tommi Eronen, directeur général et co-fondateur de Polar Night Energy, une startup de huit personnes qui a levé 1,25 M€ à ce jour. Eronen a décrit comment le sable, chauffé à 600˚C en utilisant le surplus d’électricité, restera chaud pendant des mois grâce à l’isolation qui tapisse les parois du conteneur en acier. Des tuyaux remplis d’air chaud traversent le sable afin de transférer la chaleur vers l’intérieur ou vers l’extérieur.

Cette batterie de sable est connectée à un échangeur de chaleur, explique Eronen, afin que les opérateurs puissent transférer de l’énergie thermique vers des systèmes de chauffage urbain ou, dans d’éventuelles futures versions de la technologie, vers des turbines pour la production d’électricité.

Eronen explique que les premières versions de la batterie de sable de l’entreprise sont relativement petites. L’unité de Kankaanpää offre 100 kW de puissance de chauffage, soit une capacité de 8 MWh, mais Polar Night Energy prévoit des unités de 100 MW et plus, qui pourraient un jour produire plusieurs GWh de jus. De telles unités mesureraient environ huit mètres de haut et 44 mètres de diamètre, a déclaré un porte-parole de Polar Night Energy.

Attendez-vous à des nouvelles concernant la livraison d’une version 2MW dès ce printemps, ajoute Eronen.

Aux Pays-Bas, GroeneWarmte travaille sur un autre type de stockage d’énergie thermique appelé Ecovat, qui utilise de l’eau chauffée à des températures allant jusqu’à 95˚C au lieu du sable beaucoup plus chaud choisi par Polar Night Energy. « En gros, il stocke simplement l’eau dans un grand réservoir souterrain », explique l’ingénieur du projet Marijn van den Heuvel. « C’est un très grand thermos. »

Il y a cependant un peu plus de construction nécessaire pour mettre en place ce système. Le « thermos » en béton doit être soigneusement installé dans un énorme trou cylindrique creusé dans le sol. Mais après cela, il peut être recouvert et le stockage fonctionne de manière similaire à la conception de Polar Night Energy. La chaleur que le navire berce, pendant plusieurs mois si nécessaire, serait transférée via des échangeurs de chaleur aux systèmes de chauffage urbain. Van den Heuvel indique que GroeneWarmte et son équipe de huit personnes s’engagent avec une entreprise danoise sur un éventuel premier déploiement de cette technologie.

Ces approches sont relativement nouvelles, mais Highview Power construit déjà une installation de 50 MW à Carrington, en Angleterre, où l’énergie doit être stocké sous forme d’air liquide. Le site formera un ensemble époustouflant de silos, de canalisations et de plates-formes regroupés. Il comprendra des unités de stockage thermique et frigorifique et des conteneurs pour l’air liquide lui-même.

« Nous le filtrons si efficacement qu’il s’agit d’air pur, que l’air est liquéfié, puis nous le congelons cryogéniquement », explique Walters, faisant référence au processus dans lequel l’air est refroidi à près de -200˚C. En chauffant cet air liquide très froid plus tard, il redevient un gaz et se dilate, et peut être utilisé pour alimenter une turbine, renvoyant de l’électricité vers le réseau. Le système atteint une efficacité de 55 à 65 %, ce qui, selon Highview, est comparable à d’autres technologies de stockage. L’un des avantages de cette approche est que la technologie devrait avoir une durée de vie de plusieurs décennies, beaucoup plus longue que les batteries lithium-ion, de sorte que les gouvernements pourraient être en mesure de planifier plus facilement autour de ces infrastructures.

Walters dit que le site de Carrington devrait être mis en service d’ici la fin de 2024. À l’heure actuelle, la société de 55 personnes lève un tour de financement de 400 millions de livres sterling et prévoit 19 autres installations à travers le Royaume-Uni. Il vise à terme à fournir 4 GW, soit 20 %, des besoins de stockage d’énergie attendus du Royaume-Uni d’ici 2035.

Une autre méthode de stockage tombe

Le concept le plus simple de tous actuellement en lice pour sa place dans le paysage du stockage d’énergie du futur est peut-être la batterie à gravité. La plupart d’entre nous ont appris « l’énergie potentielle » à l’école. On peut dire qu’il n’y a pas de meilleure illustration de cela qu’un gros poids, tenu en l’air, juste impatient de céder à la gravité et de tomber au sol. En attachant des câbles à un tel poids – littéralement en l’attelant – il est possible de ralentir sa descente jusqu’à environ un mètre par seconde et d’utiliser la force de traction qu’il exerce pour générer de l’électricité via une turbine.

L’approche de Gravitricity dans cette veine, pour commencer du moins, consiste à abaisser ses poids sur des centaines de mètres dans des puits de mine désaffectés à l’aide d’un mécanisme de guidage. L’entreprise, qui emploie 17 personnes, a jusqu’à présent levé 7,5 millions de livres sterling pour concrétiser sa vision.

« S’il tournait autour de l’endroit, très vite, le puits s’effondrerait sur lui-même, ce qui n’est évidemment pas ce que nous voudrions », explique le directeur commercial Robin Lane. Un seul poids pourrait fournir 4 à 8 MW de puissance, estime-t-il, et pourrait être calibré pour fournir de l’énergie pendant une période de temps particulière, disons 15 minutes ou une heure. Imaginez un système où plusieurs poids sont prêts à descendre, l’un après l’autre, dans une séquence soigneusement synchronisée afin que l’électricité puisse être générée à un rythme régulier. Les premiers systèmes commerciaux utiliseront une combinaison de gros poids totalisant 1 000 tonnes.

Lane admet que cette approche ne peut pas encore rivaliser avec les batteries lithium-ion sur la base du coût par MW, mais il soutient que les batteries à gravité seront éventuellement commercialement compétitives. De plus, il devrait être possible de soulever et d’abaisser des poids encore et encore pendant de nombreuses années avec peu d’impact sur l’intégrité du système. Les batteries au lithium-ion, en revanche, ont des limitations plus strictes en matière de cyclisme.

Une autre entreprise, Energy Vault, qui emploie 150 personnes, poursuit également la technologie des batteries à gravité. Il a levé environ 410 millions de dollars de financement à ce jour.

Gravitricity explore également des moyens complètement différents de sécréter de l’énergie dans les anciens puits de mine, comme les revêtir de métal et les transformer en unités de stockage d’hydrogène.

« Il s’agit d’une chaussette en métal, que l’on abaisserait dans le puits, puis on enterrerait cette chaussette en métal avec un mélange de ballast, de béton et d’acier », explique Lane. Cela rend potentiellement plus facile et moins cher le stockage de l’hydrogène à haute pression qu’au-dessus du sol, puisque le conteneur peut s’appuyer sur la géologie existante du puits pour le support structurel. L’hydrogène pourrait provenir d’électrolyseurs reliés à des parcs éoliens et utiliser l’énergie excédentaire pour produire du gaz à partir de l’eau.

Pour Tosoni, la diversité des projets de stockage émergeant en Europe est encourageante, compte tenu des besoins énergétiques attendus auxquels les pays seront confrontés dans les années à venir. Mais moins important que de choisir une technologie plutôt qu’une autre est le financement et les stratégies politiques nécessaires pour développer l’une d’entre elles.

« Le gros problème, c’est le financement », dit-il, notant la méfiance de certains investisseurs. Les gouvernements pourraient aider, suggère-t-il, en fixant des objectifs plus ambitieux pour la mise en place d’installations de stockage d’énergie.

Eronen, en général, est optimiste quant à l’avenir et note que Polar Night Energy se lance dans un nouveau cycle de financement de 5 à 10 millions d’euros. Mais il reste frustrant d’être témoin de la crise énergétique actuelle en Europe aujourd’hui, sachant que, même avec la meilleure volonté du monde, ces systèmes ne sont pas encore tout à fait prêts pour le prime time.

« C’est tellement mauvais », dit-il. « Nous voyons la crise maintenant et il n’y a aucun moyen que nous puissions aider. »

Selon EASE, le taux actuel de stockage ajouté chaque année en Europe, 1 GW, doit grimper à 14 GW par an si le continent veut atteindre la capacité totale de stockage à l’échelle du réseau de 200 GW dont il devrait avoir besoin d’ici 2030. La poussée est donc certainement sur .