Alors que le monde produit de plus en plus d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelables intermittentes, il existe un besoin croissant de technologies capables de capter et de stocker l’énergie pendant les périodes de faible demande et de la libérer rapidement en cas de besoin. Aujourd’hui, les scientifiques proposent une solution de stockage d’énergie à long terme basée sur le stockage souterrain d’énergie par gravité, une méthode permettant de transformer les mines abandonnées en batteries gravitaires. Une solution à la crise énergétique et climatique alors qu’une mine de charbon géante s’agrandit en Allemagne, menaçant une forêt voisine.
La transition vers une énergie à faible émission de carbone, qui se déroule dans le monde entier, est principalement motivée par l’intégration de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire. Cependant, ces sources renouvelables sont variables et instables. Ils produisent efficacement de l’énergie lorsque le soleil brille ou que le vent souffle, mais lorsqu’il y a trop peu de lumière, par exemple, la production est fortement limitée, voire arrêtée.
La réponse est maintenant d’augmenter la production d’électricité conventionnelle pour alimenter le réseau en brûlant des combustibles fossiles à mesure que la demande d’énergie augmente. Ainsi, la transition énergétique et les énergies renouvelables nécessitent de meilleures solutions de stockage pour répondre de manière fiable aux besoins énergétiques à différentes échelles de temps.
Pour de nombreux experts, la demande croissante en énergie se traduira par la création de batteries au lithium (et d’autres types de batteries aux terres rares) de tailles toujours plus grandes. Mais à long terme, l’épuisement des ressources et l’impact de l’extraction des ressources sur l’environnement ne sont pas durables. D’autres promeuvent la révolution de l’hydrogène vert, donc son efficacité est limitée. Enfin, certains abandonnent complètement la chimie et se tournent vers l’énergie illimitée disponible partout et pour tous, issue de la gravité.
Ainsi, récemment, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’IIASA (Institut international d’analyse des systèmes appliqués) en Autriche a mis au point une nouvelle façon de stocker l’énergie en transportant du sable vers des mines souterraines abandonnées. La nouvelle technologie, baptisée Underground Gravity Energy Storage (UGES), offre une solution efficace pour le stockage d’énergie à long terme dans des millions de mines aujourd’hui disparues à travers le monde. Leurs travaux ont été publiés dans le magazine Energies.
Batterie à gravité utilisant du sable
Il faut savoir que la batterie gravitationnelle repose sur un principe simple souligné par Newton : la gravité, tout ce qui monte doit redescendre. Cette batterie particulière permet de lever une charge importante lorsque le réseau génère un surplus d’énergie (par exemple, une journée très ensoleillée et une faible demande). Lorsque la demande sur le réseau électrique augmente, la batterie injecte l’énergie stockée en délestant la charge (par gravité) et un alternateur approprié convertit cette énergie en électricité alimentant le réseau.
Une application de ce principe est dans une centrale hydroélectrique de pompage. Dans cette configuration, l’eau est éjectée d’une grande hauteur, générant de l’électricité en faisant tourner des turbines lors de son écoulement. Lorsqu’il y a un excès d’énergie, cette eau est pompée vers le point de départ.
Dans cette étude, la cargaison utilisée par le train électrique est du sable et la configuration est des mines abandonnées. Le sable descendait là pour produire de l’électricité lorsque la demande était élevée, puis remontait (comme le minerai) lorsqu’il y avait un excès d’électricité sur le réseau.
L’avantage ici par rapport aux batteries chimiques est que le taux d’autodécharge est nul. En d’autres termes, il n’y a pas de perte d’énergie dans ce processus, contrairement aux batteries conventionnelles, qui s’autodéchargent. De plus, l’utilisation du sable comme support de stockage réduit tout risque de contamination des ressources en eau souterraine, contrairement à l’alternative à la pompe souterraine de stockage par pompage.
Recyclage énergétique et économique : réutiliser les mines abandonnées
Comme mentionné précédemment, UGES est une technologie de stockage d’énergie gravitationnelle qui consiste à remplir une mine souterraine de sable pour produire de l’électricité lorsque le réseau en a besoin, puis à extraire le sable de la mine pour stocker de l’énergie lorsque l’électricité est redondante (et bon marché).
Le principe de fonctionnement de l’installation UHES. © J.Hunter et al. 2023
Les principales composantes de l’ESMU sont la mine, les moteurs/générateurs, les zones de stockage supérieures et inférieures et l’équipement minier.
Julian Hunt, chercheur pour le programme IIASA sur l’énergie, le climat et l’environnement et auteur principal de l’étude, a déclaré dans un communiqué : « Les mines disposent déjà d’infrastructures de base et sont connectées au réseau, ce qui réduit considérablement les coûts et facilite l’introduction d’installations UHPP. .”
Il convient de noter que le nombre de mines fermées ou abandonnées est difficile à estimer, mais est susceptible d’être de l’ordre de millions de sites dans le monde. Sans compter que les anciennes mines, exceptionnellement petites et situées loin des zones peuplées, sont rarement documentées, et certaines mines abandonnées ne sont retrouvées qu’en cas d’accident. De plus, l’utilisation de certains d’entre eux permet également de réduire leur impact environnemental en les dépolluant avant leur nouvelle utilisation.
Julian Hunt note : « Lorsqu’une mine ferme, des milliers de travailleurs partent. Cela dévaste les communautés dont la production économique dépend uniquement de la mine. L’UGES créera plusieurs postes vacants car la mine fournira des services de stockage d’énergie après la fermeture des opérations.
L’intérêt technique de ces mines est que la fosse à ciel ouvert de l’UHES a des profondeurs et des diamètres différents. Plus l’arbre est profond et large, plus l’unité extrait de puissance. De plus, plus le volume de la mine est grand, plus l’intensité énergétique de la station est élevée.
Les auteurs expliquent que pour maximiser la capacité, les réservoirs de sable dans le puits occupent environ 50 % du volume. Les 50% restants de l’espace sont nécessaires pour remplir et vider les bacs à sable. Pour réduire le coût et le nombre de câbles supportant les conteneurs, ainsi que la charge sur les moteurs/générateurs, ils proposent plusieurs moteurs/générateurs dans toute la mine.
Il convient de préciser que les conteneurs sont indépendants, c’est-à-dire que chaque module peut être mis en service ou retiré indépendamment (pour le chargement et le déchargement complets), garantissant que le système ne s’arrête pas en raison de l’installation ou du retrait des supports. En plus de l’autonomie, le conteneur doit permettre un chargement et déchargement rapide du sable. Ainsi, il est proposé d’installer des stations de chargement, « qui, selon les auteurs, peuvent s’apparenter à des stations de relevage ».
Schéma proposé pour le stockage supérieur de l’usine UHES, conçu pour stocker le plus de sable possible à la surface entourant le puits de la mine, afin de minimiser l’énergie nécessaire pour stocker le sable à la surface. (a) Stockage circulaire de sable autour d’un puits de mine. (b) et (c) configuration d’usine chargée et déchargée. © J.Hunter et al. 2023
Le coût d’investissement de l’UHPP est d’environ 1 à 10 USD/kWh, tandis que la capacité électrique coûte 2 000 USD/kW. On estime que la technologie a un potentiel mondial de 7 à 70 TWh, la majeure partie de ce potentiel étant concentrée en Chine, en Inde, en Russie et aux États-Unis.
Behnam Zakeri, co-auteur de l’étude et chercheur du programme IIASA sur l’énergie, le climat et l’environnement, conclut : « Pour décarboniser l’économie, nous devons réinventer le système énergétique avec des solutions innovantes utilisant les ressources existantes. Transformer les mines abandonnées en stockage d’énergie est l’une des nombreuses solutions qui existent autour de nous, et nous devons juste changer la façon dont elles sont déployées.
Cette étude fait écho à l’actualité, avec la « découverte » de l’expansion d’une mine géante de lignite (le type de charbon le plus polluant) en Allemagne suite à l’expropriation d’un village entier. En période de transition énergétique, la découverte de nouvelles mines reste une catastrophe mondiale et une hérésie pour le climat.
Énergies
Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
