La première « batterie à sable » au monde peut stocker de la chaleur à 500 °C pendant des mois d’affilée. Pourrait-il fonctionner en Australie?

L’idée de stocker la chaleur dans le sable pour réchauffer les maisons pendant l’hiver peut, à première vue, sembler trop simple à mettre en œuvre.

Déposez une charge de sable de construction bon marché dans un silo isolé, chauffez le sable avec de l’électricité renouvelable, puis exploitez l’énergie thermique stockée pendant des mois.

À l’ère de l’hydrogène vert, des batteries lithium-ion et d’autres solutions énergétiques de haute technologie, cela ne peut pas fonctionner, n’est-ce pas ?

La Finlande ne veut pas être d’accord. Ce mois-ci, la nation nordique a lancé la première « batterie de sable » commerciale au monde.

À environ 230 kilomètres au nord-ouest d’Helsinki, dans la ville de Kankaanpää, les maisons, les bureaux et la piscine publique sont chauffés par l’énergie thermique stockée dans un conteneur en acier de 7 mètres rempli de 100 tonnes de sable.

Alors, comment ça marche, à quoi d’autre peut-il servir, et devrions-nous les construire en Australie ?

« C’est vraiment un silo typique »

La batterie de sable Kankaanpää est connectée directement au réseau et fonctionne lorsque l’électricité est la moins chère.

L’air chaud soufflé à travers des tuyaux chauffe le sable dans le conteneur en acier par chauffage résistif (c’est ainsi que fonctionnent les radiateurs électriques).

Le sable est capable de stocker la chaleur à environ 500-600 degrés Celsius pendant des mois, de sorte que l’énergie solaire produite en été peut être utilisée pour chauffer les maisons en hiver.

Il peut stocker jusqu’à 8 mégawattheures d’énergie, soit la capacité d’une grande batterie au lithium à l’échelle du réseau.

Le projet était l’œuvre de la startup finlandaise Polar Night Energy et d’un service public finlandais local, Vatajankoski.

Le PDG de Polar Night Energy, Markku Ylönen, a déclaré que toute la batterie pourrait être construite dans « n’importe quel atelier d’acier ».

« C’est vraiment un silo typique sans rien de spécial », a-t-il déclaré.

Pour évacuer l’énergie thermique stockée, l’air circule à travers des tuyaux dans le sable où il est chauffé, puis dirigé vers l’endroit où il est nécessaire.

À l’heure actuelle, il s’agit principalement de chauffer des maisons, mais cela pourrait également être utilisé pour des processus industriels à haute température, a déclaré M. Ylönen.

Très peu d’énergie est perdue dans ce processus, tant que la chaleur n’est pas transportée très loin, a-t-il déclaré.

En théorie, la chaleur stockée pourrait être utilisée pour entraîner une turbine à vapeur pour produire de l’électricité, mais c’est beaucoup moins efficace.

« L’efficacité sera de l’ordre de 20 à 25 % », a déclaré M. Ylönen.

« Technologiquement parlant, il n’y a pas d’obstacles, mais le dossier économique est plus difficile à trouver qu’avec des projets de chaleur uniquement. »

A quoi peut-il servir ?

L’Australie n’a pas les mêmes besoins de chauffage domestique que la Finlande, mais il existe un grand potentiel d’utilisation de la chaleur stockée pour les processus industriels, a déclaré Andrew Blakers, directeur du Centre ANU pour les systèmes énergétiques durables.

« Il existe un énorme marché de stockage pour ces choses et c’est pour remplacer le gaz dans les usines », a déclaré le professeur Blakers.

Environ 16% des émissions de l’Australie sont dues à la combustion de gaz dans l’industrie pour des processus nécessitant des températures élevées (tout ce qui dépasse 100C).

Les pompes à chaleur (la même technologie utilisée par les climatiseurs à cycle inversé), qui peuvent être alimentées par des énergies renouvelables, atteignent un maximum d’environ 100 ° C, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas remplacer le gaz pour ces utilisations industrielles.

Mais le stockage thermique peut fournir des températures supérieures à 1 000 °C, selon le support de stockage.

« Vous choisissez le support de stockage en fonction de la température du processus », a déclaré le professeur Blakers.

Le sable n’est qu’une option. D’autres incluent la roche concassée et le sel fondu.

Le stockage thermique « moins cher que le gaz »

L’idée du stockage de l’énergie thermique, y compris le concept de batterie à sable, existe depuis des années.

Alors pourquoi construisons-nous seulement ces batteries thermiques maintenant ?

Premièrement, pendant de nombreuses années, il a été moins coûteux de brûler du gaz pour générer des températures élevées.

Deuxièmement, en raison de la perte de chaleur, l’énergie thermique ne peut pas être transportée aussi facilement que le gaz sous pression, ce qui peut rendre son utilisation plus délicate.

Mais récemment, l’économie a changé.

L’invasion de l’Ukraine par la Russie a perturbé l’approvisionnement en gaz de l’Europe et d’autres marchés.

Au premier trimestre 2022, les prix spot du gaz en Europe étaient cinq fois plus élevés qu’au premier trimestre 2021.

Ces prix élevés ont conduit les producteurs de gaz australiens à exporter leur gaz plutôt que de le vendre sur le marché intérieur, ce qui a fait grimper les prix en Australie.

Le stockage thermique est devenu moins cher que la combustion de gaz pour les processus industriels à haute température, a déclaré le professeur Blakers.

« Au cours des trois dernières années, le prix de l’énergie solaire et éolienne a chuté jusqu’à présent, et [in the past few months]le prix du gaz a explosé.

Mais les usines qui cherchent à passer au stockage thermique ne pourront pas simplement injecter de la chaleur, comme elles le font avec le gaz.

Au lieu de cela, ils devront construire leurs propres silos de stockage thermique et les chauffer avec de l’électricité solaire bon marché pendant la journée, à partir de leurs propres systèmes de toit ou du réseau.

« Quelques milliers de mètres cubes de stockage suffiraient à faire fonctionner une usine », a déclaré le professeur Blakers.

Ou les usines pourraient attendre que les prix du gaz baissent.

« Je pense qu’ils seraient fous s’ils attendaient », a déclaré le professeur Blakers.

« Personne ne peut prédire où ira le prix du gaz, mais la seule chose que vous savez, c’est que l’électricité solaire de jour va rester à un prix bas. »

Et après?

La start-up australienne 1414 Degrees a développé et breveté un système de stockage thermique similaire à la batterie finlandaise, mais utilisant du silicium fondu pour stocker la chaleur au lieu du sable.

Il s’est récemment associé à une autre société, Vast Solar, pour planifier un projet solaire thermique en Australie-Méridionale.

Le service public suédois Vattenfall construit également un stockage d’énergie thermique de 200 MW à Berlin.

Le réservoir de stockage de chaleur peut contenir 56 millions de litres d’eau, qui seront chauffés à 98°C pour chauffer les maisons.

Polar Night Energy a eu beaucoup d’intérêt à construire plus de batteries à sable, la guerre en Ukraine mettant l’accent sur les sources d’énergie alternatives et les méthodes de stockage, a déclaré Markku Ylönen.

Moscou a récemment suspendu la fourniture de gaz et d’électricité à la Finlande en raison de sa demande d’adhésion à l’OTAN.

La prochaine batterie sera 100 fois plus grande, soit environ 20 mètres de diamètre et 10 mètres de haut, avec 1 GWh d’énergie, a déclaré M. Ylönen.

« Avec les économies d’échelle, si nous allons 100 fois plus gros, le prix ne sera pas 100 fois plus élevé. Il sera 20 à 30 fois plus élevé.

« Ce sera en Finlande, mais nous négocions déjà plusieurs sites à l’international. »

Une fois que le premier de ces plus grands modèles sera construit et testé, d’autres pourraient être construits rapidement, a-t-il déclaré.

« Je voudrais [eventually] j’aimerais dire que nous en construisons 10 l’année prochaine. »