Nous n’avons pas besoin de réinventer le stockage d’énergie à l’ère des énergies renouvelables

Des technologies vieilles de plusieurs décennies, mais fiables, font leur grand retour sous la forme de batteries pour l’énergie éolienne et solaire.

L’énergie verte a un problème de stockage. Le vent et le soleil sont intermittents, ce qui signifie qu’ils ne produisent pas d’énergie que nous pouvons utiliser à volonté. Parfois, le soleil ne brille pas ou le vent ne souffle pas, et d’autres fois, nous avons une surabondance des deux. Cela ne correspond pas à notre propre demande fluctuante en énergie. C’est pourquoi nous devons stocker davantage d’énergie pour équilibrer notre réseau.

Innovations dans batterie la technologie progresse rapidement pour augmenter leur efficacité et leur capacité de stockage, mais jusqu’à présent, pas assez rapidement pour couvrir les nombreux projets d’énergies renouvelables qui se multiplient à travers le monde. C’est pourquoi les scientifiques et les entreprises développent des moyens alternatifs de stockage de l’énergie, et bon nombre de ces options à grande échelle impliquent la modernisation ou la réimagination des technologies de stockage d’énergie existantes pour le 21e siècle.

Au plus profond du Texas et de la Louisiane, d’immenses cavernes de sel stockent des centaines de millions de barils de pétrole. Il s’agit de la réserve stratégique de pétrole des États-Unis. Créé dans les années 1970 après l’embargo pétrolier, il reste l’un des plus grands réservoirs de pétrole au monde.

Bien entendu, la réserve n’est pas quelque chose que le public associe généralement à une transition énergétique durable, mais la manière dont elle a été construite pourrait offrir une solution pour décarboner notre système énergétique. Les cavernes de sel qui sont aujourd’hui remplies de pétrole sale pourraient demain abriter de l’air comprimé ou un excès d’énergie éolienne et solaire converti en hydrogène vert.

« Le sel présente des caractéristiques très utiles si vous souhaitez stocker de l’énergie », explique Oliver Duffy, chercheur scientifique à l’Université du Texas à Austin. « C’est une excellente forme d’isolement. »

Ces couches de sel peuvent être massives – de la taille du mont Everest – et sont généralement situées entre 0,3 et 1,2 miles (ou 500 mètres et 2 kilomètres) de profondeur. Pour aménager dans ces gisements une caverne, qui fait office de réservoir de stockage, les ingénieurs commencent par forer dans le sol. Lorsqu’ils atteignent la couche de sel, ils injectent un jet d’eau douce qui dissout le sel autour du trou de forage. Ensuite, ils pompent la saumure obtenue, ce qui laisse une caverne à sa place.

« La taille de ces cavernes peut varier considérablement », explique Duffy. « Les plus grandes peuvent engloutir l’Empire State Building, et une structure de sel donnée peut être suffisamment grande pour accueillir plusieurs cavernes de cette taille. »

La construction de ces cavernes et leur utilisation finale présentent certains dangers environnementaux. Il faut beaucoup d’eau pour dissoudre le sel, et l’élimination de la saumure de manière respectueuse de l’environnement est un défi. De plus, si ces projets sont mal gérés, ils peuvent contaminer les réserves d’eau, des fuites peuvent se produire et un affaissement du sol (ou effondrement) peut se produire. Ces cavernes pourraient également stocker de l’hydrogène bleu, gris et brun, produit avec une énergie qui n’est pas 100 % renouvelable.

Plus grand du monde installation de stockage d’hydrogène vert-qui s’appuie sur des cavernes de sel-est actuellement en développement à Utah, partiellement financé par le Département américain de l’énergie. L’hydrogène stocké ici sera converti à partir de l’énergie éolienne et solaire excédentaire pour alimenter les États de l’Ouest pendant les hors-saisons éolienne et solaire.

Et l’hydrogène n’est pas la seule source d’énergie renouvelable susceptible d’être stockée dans les cavernes de sel : L’air comprimé est également une option. Lorsque cet air comprimé stocké est libéré, il traverse une turbine et génère de l’énergie. Les cavernes de sel offrent une option plus efficace que le stockage de l’air comprimé en surface, car la construction de réservoirs de cette taille serait très coûteuse. En 2022, Chine ouvre sa première caverne de sel stockant de l’air comprimé.

Malgré ses innombrables applications, le rythme de croissance du secteur des énergies renouvelables pourrait dépasser le nombre de cavernes de sel disponibles. « Il faut un changement de mentalité dans l’industrie pour intensifier le développement et l’utilisation de la technologie », déclare Duffy.

Une autre technologie ancienne de stockage d’énergie qui fait peau neuve est l’hydroélectricité à stockage par pompage. Au lieu de laisser passer l’eau une seule fois à travers un barrage, comme dans le cas de l’hydroélectricité traditionnelle, elle est en partie collectée dans un bassin au fond pour être réutilisée. Si de l’énergie doit être stockée, de puissantes pompes la remontent vers le réservoir situé devant le barrage. Lorsque de l’énergie est nécessaire, cette même eau peut à nouveau traverser le barrage.

« L’hydroélectricité par pompage-turbinage est une technologie mature », déclare le professeur Sebastian Sterl de l’Université libre de Bruxelles en Belgique, où il se spécialise dans l’hydroélectricité. « Nous savons combien cela coûte et produit. Il y a également très peu de perte d’énergie. »

À la frontière entre la Virginie et la Virginie occidentale, la plus grande installation de ce type…Installation de stockage par pompage hydroélectrique du comté de Bath– fonctionne depuis 1985. Elle est souvent surnommée « la plus grande batterie du monde ». Et en 2018, le Département de l’eau et de l’électricité de Los Angeles a annoncé qu’il convertirait le réseau californien en Barrage Hoover dans une installation hydroélectrique de pompage-turbinage.

Partout dans le monde, l’intérêt pour l’hydroélectricité par pompage-turbinage est également en plein essor. En 2022, Suisse a réalisé une installation ayant la même capacité de stockage d’énergie que 400 000 batteries de voiture. Espagne, Bulgarie et Finlande ont tous lancé des projets similaires au cours des derniers mois seulement.

Un avenir marqué par davantage de sécheresses et de diminution des réserves d’eau pourrait entraver ces développements. Pourtant, l’hydroélectricité par pompage-turbinage est moins vulnérable que l’hydroélectricité ordinaire, car la première recycle l’eau. De plus, l’hydroélectricité par pompage-turbinage n’a besoin que de deux lacs (éventuellement artificiels) avec un dénivelé pour fonctionner. Cela ne nécessite pas toujours une rivière à fort débit.

L’hydroélectricité par pompage fonctionne si bien qu’une start-up souhaite transplanter ces systèmes de pompes et de turbines au fond de l’océan, où l’approvisionnement en eau et la pression ne posent certainement aucun problème.

Aux Pays-Bas, des ingénieurs de l’Université de Groningue ont commencé à développer ce qu’ils appellent une batterie océanique pour le fond de la mer en 2014. En 2018, ils ont transféré leurs travaux dans une startup appelée Ocean Grazer.

Leur idée est de construire des réservoirs au fond de l’océan sous haute pression, à la manière d’un sous-marin. En cas de surplus d’énergie, les réservoirs peuvent être vidés contre la pression de l’eau, à l’aide de pompes. Lorsque de l’énergie est nécessaire, les réservoirs sont ouverts et la pression pousse l’eau à l’intérieur, alimentant une turbine pour produire de l’électricité.

« La technologie de base n’est pas le plus grand défi auquel nous sommes confrontés », déclare Marijn van Rooij, co-fondateur et directeur de la technologie d’Ocean Grazer. « Le défi est de savoir comment construire des réservoirs sur les fonds marins de la manière la plus économique et la plus évolutive possible. »

Ocean Grazer espère d’abord construire des installations plus petites au fond des lacs, puis d’ici cinq ans commencer à construire sur le fond marin. L’idée est de placer ces batteries océaniques à proximité des parcs éoliens offshore, qui parsèment de plus en plus la mer du Nord voisine. L’énergie éolienne excédentaire peut ainsi être stockée à proximité de sa source.

« Nous avions besoin de ce type de technologie hier », explique van Rooij. « Une grande partie de l’énergie est déjà perdue aujourd’hui parce que nous ne pouvons pas la stocker. Nous avons besoin de davantage de stockage d’énergie, et nous en avons besoin maintenant. »