Énergie de la Nuit Polaire et développement des batteries au sable

Installation de stockage de chaleur de Polar Night Energy pour Vatajankoski (Photo : Polar Night Energy)

Le stockage de l'énergie est un élément essentiel de toute nouvelle technologie de production d'électricité, car la production maximale d'énergie renouvelable ne correspond pas toujours à la demande. Les solutions actuelles comprennent des batteries de stockage d'énergie (BESS) qui stockent l'électricité dans des packs de batteries jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire. L'hydrogène peut également servir au stockage d'énergie : ce gaz est produit à partir du surplus d'électricité, puis reconverti en électricité via un groupe électrogène ou une pile à combustible lorsque la demande est forte.

Utilisés principalement avec des systèmes de production d'énergie zéro émission qui fournissent de l'électricité à partir de l'énergie solaire ou éolienne, ces systèmes stockent l'énergie excédentaire pour une utilisation ultérieure, soit la nuit, soit lors des périodes de forte demande.

Un nouveau concept de stockage d'énergie à long terme est actuellement testé dans un nombre limité de projets pilotes. Développée par la société finlandaise Polar Night Energy, la batterie de sable de cette entreprise sert d'unité de stockage à long terme. Comme son nom l'indique, le système chauffe du sable (ou un substitut de sable) par un procédé de chauffage par effet Joule afin d'élever la température du matériau entre 500 et 600 °C, grâce à l'électricité excédentaire produite par les installations d'énergie verte.

Stocké dans un conteneur en acier, le sable peut conserver la chaleur pendant des mois. Cette chaleur est ensuite utilisée pour réchauffer de l'eau ou de l'air. Elle pourrait également servir à transformer l'eau en vapeur, laquelle actionnerait une turbine pour produire de l'électricité.

D'après Polar Night Energy, la batterie au sable permet d'éviter l'émission de milliers de tonnes de gaz à effet de serre chaque année. De plus, chaque installation peut fonctionner pendant plus de 30 ans, tout en fournissant de l'énergie thermique pendant environ 8 000 heures sur une période de 12 mois.

Procédé de chauffage par résistance utilisé avec une batterie au sable (Photo : Polar Night Energy)

Dans un exemple, la chaleur générée par un centre de données est injectée dans un accumulateur de sable. Alors que la chaleur résiduelle des serveurs est d'environ 60 °C (selon la saison), l'accumulateur de sable peut l'élever entre 70 et 100 °C avant son injection dans un réseau de chauffage urbain exploité par Vatajankoski, une entreprise finlandaise de production et de distribution d'énergie.

Ailleurs, la première installation de Polar Night Energy fournit actuellement de l'énergie à environ 10 000 personnes, chauffant des habitations et d'autres bâtiments, dont une piscine. Le sable étant stocké dans un silo d'environ quatre mètres de large et sept mètres de haut (voir photo principale), cette unité a une capacité de 8 MWh.

« Nous développons activement notre portefeuille de production d'énergie en vue d'un avenir 100 % durable et sans émissions. Polar Night Energy apporte une solution idéale à nos besoins », a déclaré Pekka Passi, directeur général de Vatajankoski.

Dans une interview accordée à BBC News, Passi a déclaré : « [Le sable] peut atteindre des températures très élevées, peut-être environ 500 degrés, alors qu'avec l'eau, on ne dépasse pas les 100 degrés. On obtient donc une grande quantité de chaleur stockée dans un petit espace. »

De plus, plus le silo est grand, plus le stockage de chaleur est efficace, car la chaleur se propage très lentement dans le sable auto-isolant. Les pertes de stockage étant inférieures à 5 % sur plusieurs semaines, cela représente un rendement supérieur à 90 % pour les installations de l'ordre du gigawatt. Par ailleurs, le réservoir thermique à sable utilise du sable de faible qualité, impropre à d'autres usages, comme la construction.

Aux États-Unis, des voix s'élèvent pour mettre fin aux subventions à la production d'énergie renouvelable, ce qui inclurait vraisemblablement les batteries au sable. L'avenir de cette technologie reste incertain, mais le stockage de l'énergie thermique à l'aide de sable et d'acier semble être une solution rentable pour étendre l'utilisation des énergies renouvelables.