Stockage d’énergie : ce qui monte doit redescendre.

Les technologies renouvelables sont essentielles pour réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et atténuer les impacts du changement climatique. En 2022, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), les énergies renouvelables provenant du solaire, de l’éolien, de l’hydroélectricité, de la géothermie et de l’océan ont augmenté d’environ 8 %, et ces technologies représentent désormais environ 5,5 % de l’approvisionnement énergétique mondial.

Les sources d’énergie renouvelable variable (ERV) telles que l’énergie solaire et éolienne exploitent l’énergie de la nature pour produire de l’électricité sans émissions nocives. Ils offrent également l’avantage supplémentaire d’une sécurité énergétique améliorée pour les pays dépendants du pétrole. Le problème, cependant, réside dans l’imprévisibilité des ERV. Que faisons-nous lorsque le soleil cesse de briller ou que le vent cesse de souffler ? À l’échelle industrielle, l’électricité est rarement produite en réserve. Il existe un besoin de moyens stables et fiables pour stocker l’énergie excédentaire afin qu’elle puisse être utilisée quand on en a besoin et non simplement gaspillée.

Les batteries sont de toutes formes et de toutes tailles et constituent une solution de plus en plus populaire pour le stockage d’énergie. Le lithium-ion offre une densité énergétique élevée et domine actuellement le marché des batteries. Le marché mondial des batteries lithium-ion s’élevait à 45,70 milliards de dollars en 2022, selon un rapport d’Emergen Research de mars 2023.

Photo gracieuseté de Tesla

Même si les batteries permettent une gestion efficace de l’énergie, la durabilité constitue un inconvénient majeur de la technologie des batteries conventionnelles, car la capacité de stockage diminue avec le temps en raison d’une recharge continue. Les dommages écologiques associés à l’expansion des opérations minières de lithium ont suscité la colère des écologistes. On craint également que la technologie des batteries ne soit trop coûteuse pour être utilisée dans les réseaux électriques, certains experts suggérant que l’hydrogène vert offre une bien meilleure option de stockage d’énergie.

Les systèmes hydroélectriques par pompage représentent actuellement la majorité (94 %) de la capacité mondiale de stockage d’énergie installée, selon l’Association internationale de l’hydroélectricité. La capacité hydroélectrique installée mondiale a augmenté de 26 gigawatts (GW) pour atteindre 1 360 GW en 2021. Dans ce choix énergétique bien établi, l’eau est stockée à des altitudes plus élevées et libérée par des turbines pour produire de l’électricité. Cependant, le système repose sur une topographie favorable, avec un accès à l’eau et un terrain escarpé indispensables.

Une nouvelle technologie inédite, dont Sir Isaac Newton serait fier, suscite de plus en plus d’attention. Les « batteries gravitationnelles » ou systèmes de stockage d’énergie gravitationnelle (GESS) sont une technologie de stockage d’énergie mécanique qui s’appuie sur l’énergie potentielle gravitationnelle pour stocker et libérer de l’électricité.

En août 2023, la société suisse Energy Vault a achevé la construction et a commencé la mise en service du premier GESS commercial au monde à l’échelle du réseau. Le bâtiment de batterie gravitationnelle de 400 pieds de haut est situé à l’extérieur de Shanghai, à Rudong, dans la province du Jiangsu, en Chine, à côté d’une installation éolienne. Le projet a été entrepris avec les partenaires Atlas Renewable et China Tianying et a une capacité de 100 mégawattheures (MWh) d’énergie qui peut être fournie à 25 mégawatts (MW). Energy Vault a indiqué que l’installation sera entièrement interconnectée au réseau d’ici le quatrième trimestre 2023. Un projet similaire est en construction dans l’État du Texas aux États-Unis, pour la société énergétique Enel. Une fois terminée, la structure de 460 pieds de haut aura une capacité de 36 MWh.   

Lors de l’annonce de ses résultats du deuxième trimestre, Energy Vault a également présenté un accord de licence pour sa technologie de batteries gravitationnelles aux États-Unis et deux projets de stockage d’énergie totalisant 500 MWh en Asie du Sud-Est. Les projets d’Asie du Sud-Est intégreront diverses technologies de stockage, notamment des batteries gravitationnelles et de l’hydrogène vert. La société a également noté un intérêt pour sa technologie exclusive en Europe, au Moyen-Orient, en Australie et en Chine. 

Alors, qu’est-ce qu’une batterie à gravité exactement ? Ils ne ressemblent en rien à votre pile AA typique ou à l’unité qui alimente votre véhicule électrique. Ces énormes batteries fonctionnent en élevant des objets lourds à une altitude plus élevée lorsqu’un excès d’énergie est disponible et en les abaissant pour produire de l’électricité lorsque cela est nécessaire. La technologie évolue et peut être colocalisée avec des centrales solaires ou éoliennes ou connectée directement au réseau pour soutenir la stabilité du réseau.

Le concept GESS d’Energy Vault s’inspire des centrales hydroélectriques à pompage qui reposent sur la gravité et le mouvement vertical de l’eau. La solution suisse comprend une série de briques composites à base de ciment/polymère qui peuvent être construites à partir de matériaux à faible coût destinés aux décharges. Ces énormes dalles de 35 tonnes sont hissées sur 35 étages et, lorsqu’elles sont abaissées à une vitesse de 1,9 mètre par seconde, elles peuvent générer un MW. GESS est conçu pour être modulaire, permettant une capacité de centrale flexible et offrant 4 à 8 MW de décharge de puissance continue pendant 8 à 16 heures.

Les batteries gravitationnelles offrent une option de stockage d’énergie rentable qui ne repose pas sur une géographie explicite. Energy Vault affirme que la technologie peut permettre des économies d’énergie de 70 % par rapport aux technologies actuelles telles que les pompes et les turbines des usines d’hydrogène. Ils sont moins compliqués que le stockage de l’hydrogène et ne posent pas les mêmes problèmes environnementaux associés à l’extraction de métaux rares critiques. Les batteries à gravité nécessitent un entretien simple et il n’y a aucune dégradation de capacité tout au long de leur durée de vie. Cependant, ils doivent encore être prouvés à grande échelle.

Photo gracieuseté d’Energy Vault

Plusieurs nouveaux opérateurs entrent dans la mêlée. La start-up écossaise Gravitricity cherche à installer des batteries gravitationnelles sous terre en utilisant des puits de mine déclassés. La société estime qu’environ 14 000 mines dans le monde pourraient bénéficier de cette technologie. En apparence, cela semble être une bonne utilisation des infrastructures et des ressources dans les sites miniers en voie de disparition. Ils travaillent également sur le stockage souterrain de l’hydrogène vert.

Gravitricity exploite une usine pilote à grande échelle dans le port de Leith à Édimbourg, dotée d’une tour en acier de 15 mètres de haut, et la société a déjà confirmé ses plans pour son premier système à grande échelle en 2023-2024. La société écossaise a clôturé une levée de fonds participatif en mai 2023 pour sa technologie de stockage d’énergie souterraine, ayant levé 829 000 GBP (1 million de dollars).    

En février 2023, Gravitricity et l’entreprise d’État tchèque DIAMO ont convenu de faire avancer les projets visant à transformer une mine déclassée en République tchèque en une centrale de 4 MW/2 MWh. À l’époque, Charlie Blair, directeur général de Gravitricity, avait déclaré que la société espérait que cette collaboration « nous permettra de démontrer cette technologie à grande échelle et d’offrir un avenir potentiel aux mines de charbon qui approchent de la fin de leur durée de vie initiale ». Gravitricity a également pris des mesures pour obtenir un financement sur le marché américain, en s’associant à l’IEA Infrastructure Construction pour accéder au fonds pour les énergies propres de 363 millions de livres sterling (446 millions de dollars) du président américain Joseph Biden.

Gravity Power a une vision légèrement différente de cette nouvelle technologie de « batterie ». La start-up californienne opte également pour le stockage gravitaire souterrain dans des puits profonds mais combine l’eau et la gravité pour stocker l’électricité. Dans leur concept, un piston de roche renforcée tombe, forçant l’eau à monter dans la conduite forcée et à travers la turbine, faisant tourner le générateur pour produire de l’électricité. Le site Web Gravity Power indique que cette approche peut restituer de l’énergie au réseau à environ 4 ¢ par kWh, soit moins de la moitié du coût du lithium-ion, y compris le coût de l’énergie perdue lors de l’aller-retour. 

Alors que l’intérêt pour les batteries gravitationnelles augmente, certains commentateurs ont critiqué cette nouvelle solution aux besoins de stockage d’énergie. Des inquiétudes ont été soulevées quant au caractère pratique de l’approche, certaines mettant en cause la fragilité des systèmes de grue, les émissions associées à la construction de blocs de béton et les quantités relativement faibles d’énergie produites. (fuelsandlubes 02/10/2023)