Batteries électrochimiques, batteries gravitaires, réservoirs d’hydrogène : les solutions pour stocker de l’énergie ne manquent pas. Mais aucune ne semble faire l’unanimité, la faute à un coût trop élevé pour certaines, ou des capacités de puissance ou de durée de stockage trop faibles pour d’autres. Mais dans le laboratoire américain du National Renewable Energy Laboratory, on espère tout de même faire la différence avec une batterie thermique composée principalement de sable !
Dans la famille des solutions de stockage de l’énergie, je demande… le sable ! Les équipes du National Renewable Energy Laboratory (NREL), un laboratoire américain spécialisé dans les énergies renouvelables, ont mis au point une technologie de stockage d’énergie thermique (TES) utilisant du sable porté à très haute température, permettant de stocker de l’énergie sur plusieurs jours. Le projet semble prometteur, à tel point que le département américain de l’énergie a décidé d’y investir près de 4 millions de dollars pour la réalisation d’un prototype pilote. Celui-ci vise à démontrer l’intérêt économique d’une telle solution.
Il existe déjà plusieurs types de batteries de stockage, que l’on peut diviser en deux catégories : les systèmes de stockage à court terme, comme les batteries électrochimiques (plomb, lithium, etc.) et les systèmes de stockage sur le long terme, comme les réservoirs d’hydrogène, les STEP et certains dispositifs capables de stocker de la chaleur (eau, briques réfractaires, etc.). Selon ses concepteurs, la solution de stockage par le sable répondrait à un besoin de stockage de chaleur sur le moyen terme, c’est-à-dire entre quelques heures et plusieurs jours.
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La technologie conçue par le NREL consiste à chauffer du sable à une température d’environ 1 200 °C grâce à de l’énergie issue de ressources renouvelables (hydro, éolien, solaire, biomasse), puis à le stocker dans des silos isolés. Lorsqu’il faut produire de l’énergie, ce sable est convoyé par gravité vers un échangeur thermique qui chauffe un fluide caloporteur. Celui-ci alimente ensuite un générateur à cycle combiné. Cette technologie a l’avantage de reposer sur des principes physiques relativement simples, et de ne dépendre d’aucune terre rare, le sable étant très abondant à la surface de la Terre.
Du sable oui, mais pas n’importe lequel
Pour que ce système soit le plus efficace possible, pas question d’aller à la plage et ramasser le sable le plus proche possible. Afin de déterminer lequel est le plus adapté à cette technologie, les équipes du laboratoire ont analysé les capacités d’écoulement et de rétention de chaleur de 8 types de sables distincts, comme les matériaux céramiques synthétiques, l’argile de silex, l’alumine fondue brune ou encore les sables de silice. Si l’argile et l’alumine ont été rejetées à cause de leur instabilité thermique, la céramique, elle, s’est positionnée comme le sable le plus performant. Finalement, face à son coût trop élevé, c’est le sable de silice qui lui a été préféré. Celui-ci est, en outre, largement disponible aux États-Unis, en particulier dans le Midwest.
Pour valider l’intérêt commercial de la technologie, le laboratoire devrait donc créer, sur son campus situé près de Boulder, dans le Colorado, un prototype dont la puissance devrait approcher les 100 kW pour une autonomie d’environ 10 heures, soit 1 MWh d’énergie thermique stockée. À l’échelle commerciale, le laboratoire pense pouvoir atteindre une puissance de 135 MW pouvant être stockée pendant 5 jours. Cela représente 16,2 GWh thermiques, une coquette somme d’énergie. Concernant la quantité d’énergie stockée, selon le laboratoire, elle ne dépendrait que de la quantité de sable utilisée. Ainsi, plus on veut avoir d’énergie à stocker, plus il faut construire de silos.
Un coût de revient intéressant ?
Cette technologie paraît prometteuse pour sa capacité à stocker à moyen terme de l’électricité, mais pas seulement. Selon ses concepteurs, elle serait économiquement très intéressante. Alors qu’une installation de stockage par air comprimé coûte entre entre 150 et 300 $ par kilowattheure, et le stockage par pompage turbinage avoisine les 60 $ par kilowattheure, le stockage à base de sable coûterait entre 4 et 10 $ par kilowattheure ! Les batteries au lithium, elles, sont notamment plus chères avec un coût au kilowattheure proche des 300 $.
S’il est vrai que les installations de stockage par batterie sont élevées, en témoigne le projet Manatee en Floride, le prix des STEP varie grandement en fonction des projets. Ainsi, le coût de la STEP (CPT pour nos amis suisses) Nant-de-Drance est tout de même de 100 €/kWh. À l’inverse, en Nouvelle-Zélande, le projet de STEP du lac Onslow pourrait atteindre un coût ridiculement faible de 1,8 €/kWh, mais nécessite tout de même un investissement de 9 milliards d’euros !
« Alors qu’une installation de stockage par air comprimé coûte entre entre 150 et 300 $ par kilowattheure, et le stockage par pompage turbinage avoisine les 60 $ par kilowattheure »
La différence entre le stockage d’air et les STEP c’est qu’on peut faire du stockage d’air comprimé n’importe ou dans le monde, ce qui n’est pas le cas des Step .On peut aussi améliorer les performances de l’air comprimé en supprimant ses inconvénients. On peut faire du stockage souterrain, donc sans conséquence sur l’utilisation des sols notamment en agriculture. Et on n’a pas besoin de bloquer le passage d’eau qui est une ressource à partager.
« Alors qu’une installation de stockage par air comprimé coûte entre entre 150 et 300 $ par kilowattheure »
L’air comprimé n’a pas dit son dernier mot ! Suivant la technique employée on peut facilement multiplier son redement énergétique !
« Ainsi, le coût de la STEP (CPT pour nos amis suisses) Nant-de-Drance est tout de même de 100 €/kWh. »
Tous les chiffres donnés sont faux !
Ils sont 1000 fois trop élevés…
Confondre kWh et MWh sur un site dédié à l’énergie…
Pas un seul commentateur n’a relevé l’erreur, bravo !
Bonus : selon l’Ademe, le stockage par step est moitié moins cher : 46€/MWh
Et le soleil du Sud de la France que j’avais oublié de citer précédemment
Très bon article et technologie relativement simple donc intéressante pour les cas de sur-abondance énergétique.
Dans les technologies de stockage vous avez parlé de l’hydrogène, mais pas de la methanation.
Donc après les champs d’eoliennes, on va voir fleurir les champs de silos de sable? Pour pas grand chose en fait, puisqu’il faudrait pouvoir stocker l’électricité sur plusieurs mois.
la meilleure solution de stockage: l’uranium enrichi
L’équivalent de 100 tonnes de pétrole minimum qui tiennent dans le volume d’une balle de golf.
Faut lire l’article avant de répondre … si vous pouviez préciser comment on recharge une batterie à l’uranium enrichie, je veux bien la source
J’ai lu l’article.
Je pense que vous ne m’avez pas compris.
Je n’ai jamais parlé de batterie à l’uranium.
Ce que je veux dire, c’est que tout ces solutions de stockage (à base de sable,
d’air comprimé où de gravité) sont ridicules dans la mesure où avec l’énergie nucléaire on dispose d’une énergie si concentré que la question de devoir stocker ne se pose même plus.
Mais si la question se pose ! quand la France doit arrêter ses centrales nucléaires ou ses ressources renouvelables (éolien ou PV), pour ensuite à devoir acheter à prix d’or du pétrole, du charbon, ou du gaz.
https://www.revolution-energetique.com/prix-negatifs-de-lelectricite-la-france-contrainte-darreter-cinq-reacteurs-nucleaires/#
C’est tellement génial qu’on se demande pourquoi le nuk est utilisé que dans 10% de la production d’électricité mondiale. Faudrait aussi faire des voitures et des chaudières nucléaires.
Tout simplement parce qu’il y a des pays où ils ne savent pas les construire un peu comme en France.
Une chaudière électrique qui fonctionne avec de l’électricité issue d’une centrale nucléaire est une chaudière nucléaire.
Pareil pour les voitures électriques.
Mince que vais-je faire des déchets nucléaires produits par mes radiateurs nucléaires et voitures nucléaires. Je vais en avoir partout chez moi.
Quelque chose qui fonctionne avec de l’électricité provient forcément d’une source primaire car l’électricité est un vecteur d’énergie.
J’ai donc une voiture solaire, hydraulique, au gaz, au charbon, au vent ou au nucléaire. Tout ça dans une même voiture.
Cela a été mis en évidence le nucléaire est imbattable dans le rapport surface productivité, mais n’ayant plus d’uranium dans notre sous-sol français, il ne serait pas prudent sur le plan stratégique de dependre entièrement de cette ressource. Tout comme ce qui fait la force de l’économie d’un pays la solution reste la DIVERSIFICATION. Nous ne sommes pas trop mal en la matière en France, en plus du nucléaire, merci à nos montagnes, nos forêts, et notre façade maritime…