Hydrogène vert, vanadium et gravité : un regard sur les gagnants des technologies de plus longue durée

En février, le Département des affaires, de l’énergie et de la stratégie industrielle (BEIS) a dévoilé près de 7 millions de livres sterling de financement pour une vaste gamme de projets de stockage d’énergie de plus longue durée.

Le financement se répartit en deux catégories dans le cadre du programme de démonstration de stockage d’énergie à plus longue durée ; Le premier volet comprend des projets de technologies proches de la démonstration, et le deuxième volet est conçu pour les projets de prototypes « premiers du genre ».

Robin Lane, directeur commercial de Gravitricity, lauréat du Stream One, a déclaré que le financement était « extrêmement important ».

« Le processus de candidature était très compétitif et le processus de diligence raisonnable rigoureux, c’est donc un vote de confiance en nous et étaye ce que nous disons – que le stockage d’énergie par gravité a un rôle à jouer dans notre futur réseau énergétique. »

Cinq projets ont reçu un financement dans le cadre du premier volet, notamment un électrolyseur d’hydrogène vert sans membrane, un stockage d’énergie par gravité, une batterie à flux redox au vanadium, un stockage avancé d’énergie à air comprimé (A-CAES) et une solution groupée d’eau de mer sous pression et d’eau de mer comprimée. air.

Un rapport d’Aurora Energy Research en février suggère que jusqu’à 24 GW de LDES – définis comme ceux d’une durée de quatre heures ou plus – pourraient être nécessaires pour gérer efficacement l’intermittence de la production d’énergie renouvelable conformément aux objectifs d’exploitation d’un système d’électricité net zéro en 2035. Les technologies soutenues dans les deux volets du concours de BEIS pourraient être les principaux candidats pour combler ce secteur émergent.

Courant±, a examiné quelques-unes des technologies Stream One gagnantes explorées en tant que solutions LDES potentielles.

Éviter les coupures avec de l’hydrogène vert et des cavernes de sel

Le projet d’hydrogène vert Ballylumford Power-to-X de la société nord-irlandaise B9 Storage a été l’un des lauréats du programme de démonstration de stockage d’énergie à plus longue durée. Il cherche à utiliser des électrolyseurs pour fournir une charge électrique contrôlable, ce qui peut aider à équilibrer les parcs éoliens, en évitant les coupures.

Le projet verra un électrolyseur sans membrane de 20 MWe déployé à l’intérieur d’un bâtiment reconverti à Ballylumford à Larne, en Irlande du Nord.

« L’hydrogène sera distribué dans un pipeline de transport dédié et stocké sous terre dans un système de caverne de sel local pour une utilisation ultérieure comme carburant sans carbone dans les secteurs du transport et de la production d’électricité », a expliqué David Surplus, directeur général de B9 Storage. Courant±.

« Cette dernière application impliquera des essais de mise à feu d’une turbine à gaz à cycle ouvert (OCGT) de 20 MWe déplacée, généralement utilisée pour la production d’électricité sur des plates-formes pétrolières et gazières. Nous nous attendons à ce que le changement de carburant réussi atteigne > 70 % en volume de mélange H2 dans le gaz naturel. »

Des essais de tir OCGT supplémentaires seront effectués avec de l’oxygène ajouté à l’air de combustion, afin de tirer parti des avantages de la combustion améliorée par l’oxygène pour l’efficacité énergétique, a-t-il ajouté.

Un rapport d’Aurora Energy Research en février suggère que jusqu’à 24 GW de LDES pourraient être nécessaires pour gérer efficacement l’intermittence de la production d’énergie renouvelable d’ici 2035.

Les résultats du projet seront ensuite utilisés pour éclairer le déploiement futur de l’électrolyseur, ainsi que pour fournir une connexion sans interruption des parcs éoliens offshore à Ballylumford.

« Nous continuons à développer notre équipe chez B9 en nous concentrant sur l’investissement de temps et d’argent dans le développement des solutions de chaîne d’approvisionnement dont nous aurons besoin pour soutenir la capacité installée de 1 GWe d’ici 2030 en Irlande du Nord », a ajouté Surplus.

Le potentiel de l’hydrogène vert à la fois pour éviter les coupures et le LDES a récemment attiré une attention croissante, d’autres sociétés telles qu’Octopus Energy, bp, ScottishPower et Macquarie, entre autres au Royaume-Uni, étudiant le potentiel de la technologie.

Flux de vanadium : une batterie « radicalement différente »

Le stockage de produits chimiques suscite également une attention croissante, car la part du Royaume-Uni dans les énergies renouvelables continue de croître. La technologie de batterie à flux de vanadium (VFB) d’Invinity est l’une des technologies qui pourraient potentiellement s’intensifier pour aider à équilibrer la production intermittente croissante.

« Être inclus comme l’un des principaux participants à un programme dont le but explicite est de souligner le rôle important que les technologies de stockage d’énergie de plus longue durée joueront dans notre système énergétique de plus en plus sobre en carbone est un grand honneur », a déclaré Matt Harper, CCO chez Invinity. .

« Il s’agit du deuxième projet sur lequel nous travaillons avec Pivot Power, qui fait partie des énergies renouvelables d’EDF, après avoir livré un VFB de 5 MWh à leur projet Energy Superhub d’Oxford l’année dernière. »

Son projet Vanadium Flow Battery Longer Duration Energy Asset Demonstrator verra le développement d’une installation de 40 MWh, qui sera utilisée pour montrer comment les VFB peuvent améliorer le fonctionnement et l’économie des sites de production solaire limités par le réseau.

Les VFB sont « radicalement différents » des batteries lithium-ion, a déclaré Harper, car ils ont toujours été conçus pour couper le réseau électrique, par opposition à la mobilité ou aux télécommunications.

« En stockant de l’énergie dans un électrolyte liquide contenant l’élément vanadium, les VFB sont capables de cycler en continu sans se dégrader, ce qui leur permet de fournir un service à haut débit au réseau électrique pendant des heures par jour pendant des décennies d’utilisation », a-t-il ajouté.

« Cela rend les VFB parfaitement adaptés pour combler les » heures manquantes « où la production d’énergie renouvelable – et en particulier l’énergie éolienne et solaire – est insuffisante. En plus de rendre l’énergie solaire et éolienne disponible à la demande, les VFB sont également capables de temps de réponse rapides pour fournir des services de réseau à haut débit tels que la régulation dynamique.

Les avantages supplémentaires de la technologie incluent le fait qu’elle est ininflammable, qu’elle ne souffre pas d’emballement thermique et qu’elle fonctionne mieux à des températures plus élevées, ce qui réduit le besoin de refroidissement supplémentaire.

Il y a un certain nombre d’avantages à fonctionner à une température plus élevée comme celle-ci, a déclaré la société, notamment l’atténuation du type de défaillance du système de refroidissement observée dans l’installation de stockage d’énergie basée aux États-Unis, Moss Landing, qui l’a maintenue hors ligne pendant plusieurs mois après un système de gicleurs. libérant de l’eau sur les supports de batterie.

« Au fur et à mesure que la transition énergétique progresse, nous voyons les besoins du marché évoluer », a conclu Harper. « Avec l’énergie éolienne et solaire intermittente fournissant une proportion de notre mix énergétique total, les technologies qui peuvent fournir plusieurs heures d’énergie pour soutenir le réseau, chaque jour, 365 jours par an, ont clairement une valeur énorme et croissante. Cela commence à générer une énorme demande du marché pour des solutions basées sur des technologies émergentes telles que les batteries à flux.

Mettre la gravité au travail

Avec les VFB et le stockage de l’hydrogène, une solution potentielle au défi du stockage de plus longue durée est le stockage d’énergie par gravité. La société écossaise Gravitricity développe un tel système depuis plusieurs années maintenant et a achevé en 2021 un démonstrateur de 250 kW, qui a fonctionné à Édimbourg tout l’été.

L’obtention d’un financement dans le cadre du programme de démonstration de stockage d’énergie de durée de BEIS permettra à l’entreprise de continuer à configurer la technologie, en se concentrant sur un seul système d’alimentation de poids et de hauteur à court terme.

« Un défi majeur pour la technologie à un stade précoce, en particulier la technologie matérielle (par opposition au logiciel), est toujours le financement – c’est-à-dire que le premier projet coûtera des dizaines de millions d’euros, et les financiers hésitent naturellement à financer des projets avant que la technologie n’ait fait ses preuves. « , a déclaré Gravitricity’s Lane Courant±.

« Nous pensons que le marché à long terme du stockage de l’énergie sera absolument énorme et les investisseurs doivent adhérer à cette vision à long terme. Notre technologie a des coûts initiaux relativement élevés, mais des coûts d’exploitation très faibles et une durée de vie de centaines de milliers de cycles / plusieurs décennies. La longévité est vraiment importante pour les actifs de stockage d’énergie qui deviendront un élément clé de l’infrastructure de réseau d’un pays.

La technologie fonctionne en soulevant des poids situés dans un puits profond lorsqu’il y a une abondance d’énergie verte sur le système électrique, puis en les relâchant lorsque l’énergie est nécessaire. Les poids et la profondeur du puits font varier la capacité du système, pour le démonstrateur par exemple, l’entreprise a effectué une série de tests qui consistaient à monter et descendre deux poids de 25 tonnes.

« Nous pensons que le marché à long terme du stockage de l’énergie sera absolument énorme et les investisseurs doivent adhérer à cette vision à long terme », a déclaré le directeur commercial de Gravitricity, Robin Lane.

Compte tenu du succès de ce démonstrateur, Gravitricity a obtenu un nouveau soutien de projet dirigé par la Banque européenne d’investissement pour un projet à grande échelle de 4 à 8 MW dans un ancien puits de mine, bien que le site définitif reste à choisir.

Les deux principaux avantages de la solution de l’entreprise sont la longévité et la rapidité de réponse, a-t-il déclaré. Alors que l’hydroélectricité par pompage – une autre solution qui utilise la gravité – fournit un stockage en vrac, la réponse avec laquelle elle peut réagir est lente et son application limitée par le stockage géographique, a ajouté la société.

De même, alors que les batteries lithium-ion et autres offrent des réponses rapides et une bonne efficacité, elles n’ont pas la durée de vie nécessaire pour fonctionner comme infrastructure de réseau.

« Pour la longévité/durabilité et la flexibilité localisée, la gravité est excellente », a poursuivi Lane. « Notre mission est de produire une technologie suffisamment durable et robuste pour faire face à des centaines de milliers de cycles dans tous les environnements – car le défi du stockage de l’énergie est tout aussi important en Afrique/Asie qu’en Europe ou en Amérique du Nord, et de nombreuses formes différentes de stockage d’énergie seront nécessaires.

À l’avenir, la société cherche également à utiliser ses puits spécialement conçus pour stocker l’hydrogène et le stockage de chaleur saisonnier, améliorant ainsi son analyse de rentabilisation.