par Imaginez une énorme brique de terre hautement comprimée à peu près aussi grosse qu’une camionnette mais, à 24 tonnes, environ cinq fois plus lourde. Un ascenseur alimenté par des panneaux solaires ou des éoliennes le hisse à plus de 300 pieds sur le côté d’un immense bâtiment en blocs, et un chariot le range à l’intérieur. Mais ce n’est pas le seul. Un système automatisé soulève et stocke des centaines de briques supplémentaires, comme des bonbons Pez géants, au fur et à mesure que le soleil brille et que le vent souffle.
Imaginez maintenant que le système de contrôle du bâtiment abaisse ces centaines de briques une par une, faisant tourner des générateurs d’électricité dans le processus. Ils diminuent chaque soir au moment où la demande de puissance atteint des pics, mais la production des panneaux solaires s’estompe.
En effet, le bâtiment rempli de briques est une batterie géante qui stocke l’énergie par gravité au lieu de la chimie.
Les batteries gravitaires sont une solution potentiellement importante à un problème critique de la révolution de l’énergie verte : s’assurer que l’électricité est disponible quand nous en avons besoin, pas seulement pendant les périodes où le soleil et le vent l’alimentent.
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, à environ 250 miles à l’ouest de Dallas – la startup Energy Vault va commencer à tester sérieusement la viabilité de la technologie de stockage par gravité. Un pilote antérieur a généré 5 mégawatts d’électricité, mais ces deux installations et les successeurs attendus montreront si le stockage par gravité est suffisamment économique et efficace pour fonctionner à grande échelle.
Puissance quand le soleil se couche
Vous pensez peut-être que mettre des panneaux solaires sur votre toit aidera à lutter contre le changement climatique, mais sans une certaine forme de stockage d’énergie dans votre maison ou sur le réseau, vous compterez probablement sur des centrales électriques au gaz et au charbon crachant du dioxyde de carbone pour faire fonctionner les lumières de votre maison. , TV et lave-vaisselle au coucher du soleil.
Energy Vault a testé sa technologie à plus petite échelle en Suisse, où l’entreprise de 170 personnes a son siège. Ses deux systèmes EVx en construction sont beaucoup plus gros. Le système chinois, construit pour la société de gestion et de recyclage des déchets China Tianying, se trouve dans un bâtiment de 400 pieds 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 terminé d’ici juin. Le système du Texas, dans un bâtiment de 460 pieds de haut (mais plus étroit), fournira à la compagnie d’électricité Enel une capacité de 36 MWh.
Les panneaux solaires et les éoliennes génèrent désormais de l’électricité à moindre coût que les centrales au charbon et au gaz naturel, ce qui en fait un choix clair dans la volonté de remplacer les combustibles fossiles. Les coûts de l’énergie solaire ont chuté de 83 % de 2009 à 2023 et les coûts de l’énergie éolienne ont chuté de 63 % au cours de la même période, selon le suivi de la société de conseil en investissement et de gestion d’actifs Lazard. Mais dans de nombreuses régions du pays, les nouveaux panneaux solaires ne fournissent souvent qu’une surabondance d’électricité en milieu de journée sans aider le soir.
L’inadéquation entre la production d’énergie et la consommation d’énergie est responsable de la tristement célèbre “courbe de canard”, un graphique en forme d’oiseau montrant la disparité croissante d’année en année. Cette disparité rend difficile pour les services publics de s’adapter aux changements rapides de la demande et signifie que les sources alimentées par des combustibles fossiles comme les « centrales de pointe » au gaz naturel fournissent de l’électricité le soir.
“Si nous voulons un jour nous sevrer de plus en plus des combustibles fossiles et les remplacer par une production renouvelable intermittente, la seule façon de résoudre ce problème est le stockage”, a déclaré Robert Piconi, directeur général d’Energy Vault.
Energy Vault n’est pas seul. Une autre startup, Gravitricity, a construit un système de démonstration de 250 kilowatts et prévoit un système plus grand de 4 MW à 8 MW dans un puits de mine inutilisé.
Le coût du stockage de l’énergie est essentiel
Le stockage gravitaire n’est qu’un des moyens de lisser les poussées éoliennes et solaires. Les grosses batteries comme les Tesla Megapacks – des versions à l’échelle industrielle des mêmes batteries qui alimentent votre téléphone ou votre véhicule électrique – sont de plus en plus courantes sur le réseau électrique. “L’hydroélectricité pompée”, une ancienne forme de batterie gravitaire qui pompe l’eau vers un réservoir en amont puis génère de l’énergie lorsqu’elle redescend, est utilisée depuis des décennies mais suscite un nouvel intérêt. D’autres méthodes incluent le remplissage de chambres souterraines avec de l’air comprimé, le stockage d’hydrogène qui alimentera plus tard les piles à combustible et le développement de différents types de batteries, comme les batteries au zinc et les batteries à flux.
Le système EVx d’Energy Vault soulève ces briques de 24 tonnes sur des centaines de pieds pour ensuite récupérer cette énergie potentielle en les abaissant lorsque l’alimentation est nécessaire. Les briques sont faites de terre comprimée avec une matrice polymère et sont transportées dans le système à l’aide d’un chariot installé sous les briques.
Le coût sera un facteur majeur pour déterminer quelle technologie de stockage prévaut, y compris la fabrication initiale et les opérations continues.
“En fin de compte, tout dépendra du prix”, a déclaré Selene Law, analyste en énergie au cabinet de conseil Cleantech Group. Et pour le stockage par gravité, des questions sur le coût total persistent, a-t-elle déclaré.
En effet, une étude du département américain de l’énergie de 2022 a conclu que le stockage d’énergie par gravité est relativement coûteux dans les petites installations. Là où c’est le plus économique, c’est dans les systèmes à haute capacité qui génèrent de l’électricité pendant des périodes de temps relativement longues – 10 heures ou plus.
Energy Vault n’a pas divulgué le coût des deux systèmes en construction, mais il convient que la technologie offre des avantages pour les besoins en énergie de longue durée.
La longévité est un facteur de coût sur la durée de vie de la centrale. Les batteries perdent de leur capacité avec l’utilisation, de la même manière que votre téléphone ne fonctionne pas aussi longtemps après quelques années de possession, mais les composants de stockage par gravité, comme les poulies et les générateurs, peuvent être conservés.
“La clé de notre proposition de valeur est l’absence de dégradation du support de stockage”, a déclaré Marco Terruzzin, ingénieur en mécanique et directeur des produits commerciaux d’Energy Vault. “Nous offrons une garantie sur le système pendant au moins 35 ans.”
Bien qu’Energy Vault n’ait fait que ses premiers pas pour prouver la valeur de la technologie, deux clients ont conclu qu’elle valait la peine d’être payée aujourd’hui. Et le système de 100 MWh en Chine n’est que le premier là-bas, a déclaré la société. Le pays prévoit de financer ultérieurement une capacité supplémentaire de 4 GWh à 6 GWh, soit une augmentation de 40 à 60 fois la centrale initiale.
Comment fonctionne l’EVx d’Energy Vault
Le système de stockage Gravity EVx d’Energy Vault est un bâtiment rectangulaire géant qui fonctionne en grande partie automatiquement. Voici comment cela fonctionne.
Les briques au cœur du système mesurent chacune 3,5 sur 2,7 sur 1,3 mètres (environ 11 sur 9 sur 4 pieds) et pèsent 24 tonnes métriques. Ils sont composés à 99 % de terre compressée avec de l’eau et un mélange de polymères pour la stabiliser à l’aide d’une recette de la société mexicaine de matériaux de construction Cemex. Ils sont 2,4 fois plus denses que l’eau et à peu près comme le béton.
Le premier système de stockage d’énergie gravitaire à grande échelle d’Energy Vault à Rudong, en Chine, mesure des centaines de pieds de haut.
Les briques sont stockées côte à côte à l’intérieur du bâtiment, comme des dominos coincés ensemble. Avant qu’elles ne soient levées ou abaissées, un système de chariot soulève chaque brique et la transporte jusqu’à l’ascenseur.
Les briques sont logées sur les huit niveaux supérieurs du bâtiment pour stocker l’énergie et descendent vers les huit niveaux inférieurs correspondants pour générer de l’énergie. Chaque brique, descendant à 1,9 mètre par seconde (6,23 pieds), produit environ un mégawatt, a déclaré Terruzzin. C’est à peu près suffisant pour alimenter 2 000 réfrigérateurs.
Une fois que chaque brique atteint le fond, elle est transférée de manière robotisée vers le système de chariot et déplacée vers le centre du bâtiment.
L’allongement du bâtiment, avec des voies de chariot plus longues, signifie que plus de briques peuvent être stockées pour plus d’heures de production d’électricité. Rendre le bâtiment plus large, avec plus d’ascenseurs, signifie que le système peut générer un taux de puissance de pointe plus élevé.
En ce qui concerne l’efficacité, Energy Vault garantit que les systèmes EVx généreront au moins 80 % de l’énergie nécessaire pour soulever les briques et les déplacer, y compris des facteurs tels que la friction. Cette efficacité globale est comparable à celle de l’hydroélectricité pompée.
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 un en bas, le suivant se charge et commence à accélérer”, a déclaré Bill Gross, directeur général d’Idealabs et co-fondateur d’Energy Vault, lors de la conférence Techonomy Climate en mars.
La puissance maximale sera de 25 MW sur le système chinois et de 18 MW sur le système texan.
Surmonter les défis du stockage par gravité
Energy Vault a choisi sa conception actuelle après avoir évalué plusieurs autres options – gravier dans des chariots, eau dans des réservoirs, blocs de béton suspendus à des grues.
L’EVx est conçu pour surmonter les problèmes liés à ces conceptions. Il est résistant aux intempéries, ce qui signifie que les briques ne sont pas mouillées ou soufflées, par exemple.
Energy Vault ne met pas tous ses œufs de stockage d’énergie dans le panier de gravité. Un contrat avec Pacific Gas and Electric de Californie pourrait aboutir à un système permettant d’alimenter la ville de Calistoga pendant 48 heures maximum avec une combinaison de piles à hydrogène et de batteries. Les systèmes hybrides avec gravité et stockage sur batterie ont également du sens, car les batteries peuvent réagir très rapidement pour augmenter ou diminuer, a déclaré Terruzzin.
Alors que les usines d’Energy Vault entrent en production, nous devrions commencer à avoir une meilleure idée cette année du fonctionnement réel du stockage par gravité. “Ce sera une année cruciale pour Energy Vault”, a déclaré Law de Cleantech Group. “La preuve sera dans le pudding.”
La société n’est pas rentable, enregistrant une perte nette de 78 millions de dollars pour 2022 sur des revenus de 146 millions de dollars. Et son action a chuté de 89 % au cours de la dernière année, un sort que de nombreuses startups ont subi avec des difficultés économiques et des investisseurs sceptiques.
Piconi d’Energy Vault est cependant convaincu que l’entreprise est sur la bonne voie pour rendre le stockage de l’énergie plus économique.
“L’éolien et le solaire sont tellement moins chers que les combustibles fossiles maintenant… Le problème est que le stockage est généralement 10 à 15 fois plus élevé”, a déclaré Piconi. “Nous devons y arriver.”
Correction, 9h26 PT: Une version précédente de cette histoire déformait les résultats financiers 2022 d’Energy Vault. Il a déclaré une perte nette de 78 millions de dollars sur des revenus de 146 millions de dollars.
