Imaginez une gigantesque brique de terre hautement compressée de 24 tonnes.
Un ascenseur alimenté par des panneaux solaires ou des turbines éoliennes
la hisse à plus de 90 mètres sur le côté d’un grand bâtiment, et un chariot
la range à l’intérieur. Mais il n’est pas le seul. Un système automatisé
soulève et stocke des centaines d’autres briques.
Imaginez maintenant que le système de contrôle du bâtiment relâche ces
centaines de briques une à une pour faire tourner des générateurs
d’électricité. Les briques descendent tous les soirs, au moment où la
demande d’électricité est la plus forte et où la production des panneaux
solaires diminue. Ce bâtiment rempli de briques est une batterie géante qui
stocke l’énergie grâce à la gravité et non à la chimie.
Les batteries à gravité sont une solution à un problème critique de la
révolution de l’énergie verte : s’assurer que l’électricité est disponible
lorsque nous en avons besoin, et pas seulement pendant les périodes où le
soleil et le vent la fournissent. Et ce n’est pas qu’une idée. Avec deux
sites en construction, l’un à Rudong, en Chine, juste au nord de Shanghai,
et l’autre à Snyder, au Texas (Etats-Unis), la startup Energy Vault va commencer à
tester sérieusement la viabilité de sa technologie de stockage par gravité.
Un premier projet pilote a produit 5 mégawatts d’électricité, mais ces deux
installations et celles qui devraient suivre montreront si le stockage par
gravité est suffisamment économique et efficace pour fonctionner à grande
échelle.
De l’énergie quand le soleil se couche
Vous pensez peut-être que l’installation de panneaux solaires sur votre
toit contribuera à lutter contre le changement climatique, mais sans une
forme de stockage de l’énergie dans votre maison ou sur le réseau, vous
dépendrez probablement de centrales électriques pour faire fonctionner les
lumières, la télévision et l’électroménager de votre maison lorsque le
soleil se couche.
Energy Vault a testé sa technologie à plus petite échelle en Suisse, où
l’entreprise a son siège. Ses deux systèmes EVx en cours de construction
sont beaucoup plus importants. Le système chinois, construit pour la
société de gestion et de recyclage des déchets China Tianying, se trouve
dans un bâtiment de 120 mètres de haut et aura une capacité de stockage
d’énergie de 100 mégawattheures. C’est assez pour alimenter 3 400 foyers
pendant une journée entière, et le système devrait être achevé en juin.
L’installation texane, située dans un bâtiment de 140 mètres de haut (mais
plus étroit), fournira à la compagnie d’électricité Enel une capacité de 36
MWh.
Les panneaux solaires et les turbines éoliennes produisent désormais de
l’électricité à coût moindre que les centrales au charbon et au gaz
naturel, ce qui en fait un choix évident comme alternative aux combustibles
fossiles. Selon les données du cabinet de conseil Lazard, les
coûts de l’énergie solaire ont chuté de 83 % entre 2009 et 2023 et ceux de l’énergie éolienne de 63 %
au cours de la même période. Mais dans de nombreuses régions, les panneaux
solaires se contentent souvent de fournir une surabondance d’électricité en
milieu de journée, sans apporter d’aide le soir.
Le décalage entre la production et la consommation d’électricité est à
l’origine de la fameuse « courbe du canard », un graphique en forme
d’oiseau montrant que la disparité augmente au fil des ans. Cette disparité
rend difficile l’adaptation des services publics aux changements rapides de
la demande et signifie que les sources d’énergie fossiles doivent encore
prendre le relais pour produire de l’électricité le soir. «
Si nous voulons nous passer de plus en plus des combustibles fossiles
et les remplacer par des énergies renouvelables intermittentes, le seul
moyen de résoudre ce problème est le stockage
», estime Robert Piconi, directeur général d’Energy Vault.
Energy Vault n’est pas seule sur ce créneau. Une autre startup,
Gravitricity, a construit un système de démonstration de 250 kilowatts et
prévoit une installation plus importante de 4 à 8 MW dans un ancien puits
de mine.
Le coût du stockage de l’énergie est essentiel
Le stockage par gravité n’est qu’un moyen parmi d’autres d’atténuer les
fluctuations de l’énergie éolienne et solaire. Les grandes batteries telles
que les Megapack de Tesla commencent à se répandre sur certains réseaux
électriques. L’hydroélectricité par pompage, une forme plus ancienne de
batterie gravitaire qui pompe l’eau dans un réservoir en amont et produit
de l’électricité lorsqu’elle redescend, est utilisée depuis des décennies
mais suscite un regain d’intérêt. D’autres méthodes consistent à remplir
des chambres souterraines avec de l’air comprimé, à stocker de l’hydrogène
qui alimente ensuite des piles à combustible et à développer différents
types de batteries, comme les batteries au zinc et les batteries à flux.
Le coût sera un facteur majeur pour déterminer la technologie de stockage
qui prévaudra. « En fin de compte, tout se résumera au prix »,
pense Selene Law, analyste en énergie au sein de la société de conseil
Cleantech Group. Et pour le stockage par gravité, les questions relatives
au coût total sont primordiales.
Une
étude
réalisée en 2022 par le ministère américain de l’énergie a conclu que le
stockage d’énergie par gravité est relativement coûteux dans les petites
installations. C’est dans les systèmes de grande capacité qui produisent de
l’énergie pendant des périodes relativement longues, 10 heures ou plus,
qu’il est le plus rentable. Energy Vault n’a pas révélé le coût des deux
systèmes en cours de construction, mais reconnaît que la technologie offre
des avantages pour les besoins en énergie de longue durée.
La longévité est un facteur de coût pendant toute la durée de vie de
l’installation. Les batteries perdent de leur capacité à l’usage, de la
même manière qu’un téléphone mobile ne fonctionne plus aussi longtemps
après quelques années d’utilisation. Mais les composants des systèmes de
stockage par gravité, comme les poulies et les générateurs, peuvent être
entretenus. «
La clé de notre proposition de valeur est l’absence de dégradation du
support de stockage
», explique Marco Terruzzin, ingénieur en mécanique et responsable des
produits commerciaux d’Energy Vault. « Nous garantissons le système pendant au moins 35 ans. »
Bien qu’Energy Vault n’en soit qu’à ses premiers pas dans la démonstration
de valeur de sa technologie, deux clients ont estimé qu’elle méritait un
investissement. Selon l’entreprise, le système de 100 MWh en Chine n’est
que le premier. Le pays prévoit de financer ultérieurement une capacité
supplémentaire de 4 à 6 GWh, soit une augmentation de 40 à 60 fois la
capacité de la centrale initiale.
Comment fonctionne l’EVx d’Energy Vault
Le système de stockage gravitaire EVx d’Energy Vault est un bâtiment
rectangulaire géant qui fonctionne en grande partie automatiquement. Les
briques au cœur du système mesurent chacune 3,5 x 2,7 x 1,3 mètres et
pèsent 24 tonnes. Elles sont composées à 99 % de terre compressée avec un
peu d’eau et un mélange de polymères pour la stabiliser, selon une recette
de l’entreprise mexicaine de matériaux de construction Cemex. Leur densité
est 2,4 fois supérieure à celle de l’eau et à peu près équivalente à celle
du béton.
Les briques sont stockées côte à côte dans le bâtiment, comme des dominos
rangés les uns contre les autres. Avant d’être soulevées ou abaissées, les
briques sont transportées par un système de chariots jusqu’à l’ascenseur.
Les briques sont logées sur les huit niveaux supérieurs du bâtiment pour
stocker l’énergie et descendent aux huit niveaux inférieurs pour produire
de l’énergie. Chaque brique, qui descend à une vitesse de 1,9 mètre par
seconde, produit environ un mégawatt. C’est à peu près assez pour alimenter
2 000 réfrigérateurs. Une fois qu’une brique est arrivée en vas, elle est
transférée de manière robotisée sur le système de chariots et déplacée vers
le centre du bâtiment. En allongeant le bâtiment et en allongeant les rails
des chariots, on peut stocker davantage de briques, ce qui permet
d’augmenter le nombre d’heures de production d’énergie. Un bâtiment plus
large, avec plus d’ascenseurs, permet au système de générer un taux
d’énergie de pointe plus élevé.
En ce qui concerne l’efficacité, Energy Vault garantit que les systèmes EVx
génèrent au moins 80 % de l’énergie nécessaire pour soulever les briques et
les déplacer, en tenant compte de facteurs tels que le frottement. Ce
rendement global est comparable à celui de l’hydroélectricité par pompage.
La clé de l’activité d’Energy Vault est le système de contrôle qui décide
quand et où positionner les briques pour un stockage optimal et même une
production d’énergie. «
Pendant que nous décélérons une brique en bas, la suivante se charge et
commence à accélérer
», explique Bill Gross, directeur général d’Idealabs et cofondateur
d’Energy Vault. La puissance maximale sera de 25 MW pour le système chinois
et de 18 MW pour le système texan.
Surmonter les défis du stockage par gravité
Energy Vault a opté pour son design actuel après avoir évalué plusieurs
autres options : du gravier dans des chariots, de l’eau dans des
réservoirs, des blocs de béton suspendus à des grues. L’EVx a été conçu
pour surmonter les écueils posés par ces solutions. Par exemple, il résiste
aux intempéries, ce qui signifie que les briques ne sont pas mouillées ou
emportées par le vent.
Par ailleurs, l’entreprise helvète ne met pas tous ses œufs dans le panier
de la gravité. Un contrat avec la société californienne Pacific Gas and
Electric pourrait déboucher sur un système permettant d’alimenter la ville
de Calistoga pendant 48 heures grâce à une combinaison de piles à
combustible à l’hydrogène et de batteries. Des systèmes hybrides avec
stockage par gravité et par batterie sont également intéressants, car les
batteries peuvent réagir très rapidement à une augmentation ou à une
diminution de l’énergie, a expliqué Marco Terruzzin.
La mise en service des usines d’Energy Vault cette année devrait donner une
bonne visibilité sur l’efficacité réelle du stockage par gravité. « Ce sera une année cruciale pour Energy Vaul », pense Selene Law.
Pour l’heure, l’entreprise n’est pas rentable : elle a annoncé une perte
nette de 78 millions de dollars pour 2022 sur un chiffre d’affaires de 146
millions de dollars. Et son action a chuté de 89 % au cours de l’année
dernière, un sort que de nombreuses startups ont subi avec des difficultés
économiques et des investisseurs sceptiques. Robert Piconi est toutefois
convaincu qu’Energy Vault est sur la bonne voie pour rendre le stockage
d’énergie plus économique. «
L’énergie éolienne et solaire est tellement moins chère que les
combustibles fossiles aujourd’hui […]. Le problème, c’est que le
stockage coûte généralement 10 à 15 fois plus cher. Nous devons y
arriver.
»
Article de CNET.com adapté par CNETFrance
Image Une : Energy Vault
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