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Le département américain de l’Énergie a envisagé de relooker le stockage de l’énergie hydroélectrique pompée, et il semble qu’ils aient un gagnant. La société texane Quidnet Energy vient de remporter une subvention de 10 millions de dollars pour mettre la touche finale à un nouveau type de « batterie à eau » qui déploie des formations rocheuses souterraines au lieu de devoir compter sur des réservoirs surélevés.
Stockage d’énergie hydraulique pompée 101
Pour ceux d’entre vous qui découvrent le sujet, l’hydroélectricité par pompage est une technologie séculaire de stockage d’énergie basée sur la gravité qui a acquis une nouvelle pertinence à l’ère de l’énergie éolienne et solaire.
L’idée est de pomper l’eau vers un réservoir supérieur chaque fois qu’un excès d’énergie éolienne ou solaire est disponible. En cas de besoin, l’eau du réservoir s’écoule vers une centrale électrique, où elle fait tourner des turbines pour produire de l’électricité.
L’hydroélectricité pompée peut fonctionner sur un système en boucle fermée, dans lequel la même eau circule entre les réservoirs supérieur et inférieur. Les systèmes hydroélectriques pompés peuvent également être conçus comme une boucle ouverte, dans laquelle l’eau d’une rivière ou d’un autre plan d’eau naturel est pompée vers un réservoir, puis rejetée après avoir quitté la centrale électrique.
Les batteries à eau vont sous terre
Ces « batteries à eau » constituent toujours une partie importante du paysage du stockage de l’énergie aux États-Unis. Malgré tout le battage autour de la nouvelle technologie lithium-ion et d’autres systèmes de stockage d’énergie émergents, l’hydroélectricité par pompage représente encore environ 93 % de la capacité de stockage d’énergie à l’échelle des services publics aux États-Unis.
Le département de l’énergie compte 43 installations hydroélectriques à pompage existantes aux États-Unis et cherche à doubler leur capacité collective. Le problème est que les batteries à eau conventionnelles impliquent une quantité massive d’infrastructures hors sol et qu’elles nécessitent une topographie qui tient compte de la différence d’élévation. Il est donc difficile et coûteux de trouver des sites pour de nouvelles installations.
C’est là qu’intervient Quidnet. L’entreprise a d’abord rencontré le Clean Technica radar en 2019, lorsque le département de l’énergie a demandé à l’entreprise de partager une ronde de financement pour développer de nouveaux systèmes hydroélectriques pompés.
« La technologie innovante peut fonctionner à des températures plus élevées que les PSH traditionnels, atteindre une efficacité mécanique de 95 % (dans chaque sens) et a le potentiel de réduire les dépenses en capital et les solutions de stockage d’énergie dans des zones relativement plates où les PSH conventionnels peuvent ne pas être possibles », a déclaré l’Energy Département a déclaré.
Quidnet ne s’est pas endormi au volant depuis lors. La nouvelle subvention de 10 millions de dollars provient du bureau de financement de pointe ARPA-E du ministère de l’Énergie, qui se concentre sur le soutien de nouvelles technologies à haut risque et à haut rendement.
« Quidnet Energy, Inc. (Houston, TX) adaptera son stockage géomécanique pompé (GPS) à un système commercial chez CPS Energy, le plus grand service public municipal américain », a expliqué ARPA-E.
« Le GPS utilise la terre comme une batterie mécanique en stockant l’énergie sous forme d’eau sous pression entre les couches de roche. L’objectif est de réduire de 50 à 75 % les coûts associés au stockage d’énergie de longue durée afin de permettre une utilisation plus fiable et plus rentable des actifs de production d’électricité renouvelable », ajoutent-ils.
Solution de stockage d’énergie souterraine de longue durée pour tuer le charbon
C’est à peu près tout en un mot. Bien que le concept soit suffisamment nouveau pour attirer l’ARPA-E, le modèle Quidnet exploite les systèmes mécaniques établis et quel que soit le terrain à portée de main, tant qu’une formation rocheuse appropriée se trouve sous la surface.
« En utilisant les chaînes d’approvisionnement existantes en machines de forage et d’hydroélectricité, Quidnet Energy réaffecte les ressources existantes pour rassembler rapidement des solutions réalisables à nos défis énergétiques et climatiques les plus urgents », explique Quidnet.
L’entreprise souligne également que son système souterrain est un modèle en boucle fermée qui minimise les pertes d’eau par évaporation.
Si tout se passe comme prévu, le CPS Energy de San Antonio servira de vitrine de haut niveau pour la réplication. Le financement ARPA-E permettra à Quidnet d’étendre son système de phase pilote à un système commercial de 1 mégawatt et 10 mégawattheures qui peut fournir de l’électricité pendant 10 heures ou plus.
Ce délai de 10 heures est un élément essentiel des efforts du Département de l’énergie pour pousser les systèmes de stockage d’énergie à l’échelle des services publics au-delà des capacités de la technologie des batteries lithium-ion, qui se heurte à un mur après plusieurs heures.
Grâce au stockage d’énergie de longue durée, les services publics peuvent intégrer davantage d’énergie éolienne et/ou solaire dans leurs réseaux, sans sacrifier la fiabilité.
CPS, pour sa part, compte sur plus d’énergies renouvelables. La population de la région augmente et CPS estime qu’elle devra ajouter environ 115 mégawatts de capacité de production par an dans les années à venir. Pendant ce temps, le service public vise à retirer deux de ses plus anciennes centrales électriques d’ici 2030, la centrale à gaz Sommers de 830 mégawatts et la centrale au charbon Spruce de 1 345 mégawatts. Trois anciennes unités à gaz de l’usine de Braunig doivent également être fermées.
La révolution de la batterie à eau ne fait que commencer
Au-delà du développement de nouveaux systèmes innovants, le parc existant d’installations de stockage par pompage du pays a de la place pour s’étendre. En 2018, par exemple, Duke Energy a mis à niveau un système hydroélectrique à pompage vieux de 30 ans pour ajouter une capacité supplémentaire de 300 mégawatts.
L’installation de panneaux solaires flottants sur des réservoirs est un autre moyen d’obtenir plus d’énergie propre à partir de l’infrastructure hydroélectrique de pompage existante. En Allemagne, par exemple, la société Vattenfall s’est lancée dans un programme d’installation de panneaux solaires sur plusieurs de ses installations de pompage hydraulique.
En termes de sites pour de nouvelles installations de stockage d’énergie par pompage, le développement de friches industrielles peut également entrer en jeu. Dans le Kentucky, la société hydroélectrique Rye Energy regarde les anciens gisements de charbon pour de nouveaux réservoirs hydroélectriques pompés.
La société suisse Nant de Drance illustre une autre approche du dilemme du choix du site. Ils ont exploité des cavernes souterraines pour construire un énorme système hydroélectrique pompé de 900 mégawatts. L’utilisation des cavernes existantes a permis à l’entreprise de réduire les dépenses de construction de la centrale électrique souterraine, bien que le projet ait encore duré 14 ans.
Ici aux États-Unis, le département de l’énergie soutient également le développement d’une nouvelle centrale électrique souterraine compacte qui peut s’intégrer dans une structure mince semblable à un puits.
Le ministère de l’Énergie compte également sur des systèmes en boucle fermée d’un type ou d’un autre pour étendre la capacité d’hydroélectricité pompée du pays. Ce parc de 43 centrales hydroélectriques par pompage existantes se compose principalement de systèmes en boucle ouverte. Le Laboratoire national des énergies renouvelables du Département de l’énergie a récemment mené une étude cartographique basée sur le SIG de millions de sites potentiels pour de nouveaux systèmes en boucle fermée. Après avoir filtré l’optimisation des coûts et d’autres facteurs, le laboratoire a identifié des milliers de sites potentiels pour un nouveau déploiement de stockage d’énergie hydroélectrique pompée aux États-Unis, dont 11 769 sites dans les 48 États contigus et 3 077 sites en Alaska, à Hawaï et à Porto Rico.
Bien sûr, très probablement, seule une petite fraction de ces sites est réellement développable. Un effort coordonné des responsables au niveau de l’État pour endiguer le flux de dollars des investisseurs vers des projets d’énergie renouvelable n’aide pas beaucoup. Pourtant, l’Association nationale de l’hydroélectricité garde espoir. Dans un rapport publié l’année dernière, l’organisation cherche à ajouter 50 nouveaux gigawatts au stock national de capacité de stockage d’énergie hydraulique pompée d’ici 2050.
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Photo : Système de stockage d’énergie hydroélectrique à pompage géochimique avec l’aimable autorisation de Quidnet Energy.
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