Autrefois coûteuses et difficiles à mettre en œuvre, les solutions d’énergie renouvelable comme l’énergie éolienne et solaire sont désormais souvent les options les moins chères disponibles pour produire de l’électricité pour le réseau. Cependant, certains problèmes subsistent concernant l’approvisionnement discontinu à partir de ces sources, le stockage en réseau devenant une technologie clé pour maintenir l’éclairage allumé 24 heures sur 24.
Dans la quête d’un stockage en réseau rentable, un nouvel acteur est entré dans l’arène avec une revendication audacieuse : une technologie de batterie thermique qui est non seulement plus de 10 fois moins chère que les batteries lithium-ion, mais également d’une efficacité remarquable par rapport aux batteries thermiques traditionnelles. conceptions de batteries. Fourth Power fait des vagues avec sa technologie de stockage d’énergie « soleil dans une boîte » et vise à prouver ses capacités avec un prototype ambitieux de 1 MWh.
Trucs chauds
Le principe derrière la technologie de Fourth Power est d’une simplicité trompeuse : lorsqu’il y a un excès d’énergie renouvelable disponible, utilisez-la pour chauffer quelque chose. L’énergie électrique est ainsi convertie et stockée sous forme de chaleur, l’idée étant de la reconvertir en électricité en cas de besoin, par exemple la nuit ou lorsque le vent ne souffle pas. Ce concept n’est pas entièrement nouveau ; d’autres entreprises ont envisagé de le faire avec tout, des briques au sel fondu. L’approche de Fourth Power consiste à chauffer de gros blocs de graphite à des températures extrêmement élevées, pouvant atteindre 2 500 °C (4 530 °F). Naturellement, plus il fait chaud, plus vous pouvez stocker d’énergie. Là où le concept de l’entreprise devient intéressant, c’est la manière dont elle envisage de récupérer l’énergie thermique et de la reconvertir en électricité.
Bien entendu, faire fonctionner n’importe quel type de système de stockage à des températures aussi élevées nécessite une ingénierie sérieuse. Au cœur du système Fourth Power se trouve une innovation unique, dans la mesure où il utilise l’étain liquide comme fluide de travail pour déplacer la chaleur. Cela a nécessité le développement d’une pompe à étain liquide capable de fonctionner à des températures supérieures à 1 000 °C (1 800 °F). La plupart des pompes construites avec des composants métalliques verraient simplement leurs composants fondre et tomber en panne dans des conditions aussi extrêmes. Au lieu de cela, la pompe utilise une conception en céramique. Développé par le fondateur de Fourth Power, le Dr Asegun Henry, il peut résister à des températures de plusieurs milliers de degrés Celsius. En effet, c’est important, car l’étain liquide dans le système est à 2 400 °C au maximum et refroidit à 1 900 °C dans la partie la plus froide du système.
En effet, la pompe détient un record du monde Guinness pour cet exploit et présente une grande valeur technique pour cette réalisation. Cette pompe est cruciale pour déplacer l’étain liquide surchauffé dans le système, transférant efficacement la chaleur des éléments chauffants aux blocs de graphite et inversement. C’est la clé de l’ensemble du système, car les systèmes d’énergie thermique sont généralement plus efficaces lorsqu’ils fonctionnent aux températures les plus élevées possibles. Ainsi, en étant capable de pomper de l’étain liquide à des températures aussi élevées, il est possible de transférer l’énergie vers et hors des blocs de graphite plus efficacement que l’utilisation d’un fluide de travail plus classique à des températures plus basses.
Voici les nouveautés
Le processus de récupération d’énergie lui-même est très différent de la plupart des concepts traditionnels de stockage de chaleur. Lorsque la grille a besoin d’énergie, de l’étain liquide est pompé autour des blocs de graphite chauds, ce qui le chauffe jusqu’à 2 400 °C. L’étain passe ensuite à travers de minces tubes de graphite, qui brillent à blanc lors de son passage. La lumière émise est ensuite transformée en électricité par des cellules thermophotovoltaïques (TPV). Elles sont essentiellement similaires aux cellules solaires, mais elles sont optimisées pour générer le plus efficacement possible de l’électricité à partir des longueurs d’onde émises par le graphite dans cette application spécifique. Grâce au développement, ces cellules ont atteint des niveaux d’efficacité compétitifs avec les turbines à vapeur lorsqu’il s’agit de transformer la chaleur en électricité. Les cellules sont conçues pour récolter les longueurs d’onde de lumière les plus énergétiques émises par les tuyaux en graphite chauds, tout en réfléchissant le reste afin que l’étain liquide reste aussi chaud que possible. Cette partie du concept donne en fait à l’entreprise son nom de « Quatrième Puissance ». En effet, selon la loi de Stefan-Boltzmann, la production d’énergie rayonnante d’un corps noir est directement proportionnelle à la puissance quatre de la température absolue du matériau.
La batterie thermique est destinée à pouvoir réagir rapidement au réseau, en accélérant la livraison en quelques secondes pour couvrir les pics de demande. Du fait qu’elle est basée sur de l’étain fluide, elle ne sera pas aussi rapide que les solutions de batteries, mais toujours plus rapide que le démarrage d’une grande production basée sur une turbine. Actuellement à 41 %, l’entreprise vise une efficacité énergétique aller-retour d’environ 50 %. Il est important de noter qu’il s’agit d’un chiffre bien inférieur à celui des solutions traditionnelles telles que l’hydroélectricité pompée, ainsi que des batteries au lithium comme la réserve de puissance Hornsdale, qui se situe généralement autour de 80 %.
Cependant, cela est compensé par les matériaux à faible coût du système, qui, selon Fourth Power, sont de l’ordre de dix fois moins chers que les solutions de stockage par batterie au lithium comparables. Cela tient en grande partie aux matériaux impliqués, le graphite et l’étain étant abondants et bon marché par rapport aux matériaux sophistiqués nécessaires à la fabrication de batteries lithium-ion haute densité. Le coût par kilowattheure d’énergie stockée et restituée devrait être inférieur à 25 dollars, contre 330 dollars cités par la société pour une configuration de batterie au lithium. Cet avantage de prix pourrait faire de cette technologie une force potentiellement perturbatrice sur le marché du stockage d’énergie.
Ce n’est pas une solution parfaite à toutes les questions de stockage sur réseau. L’entreprise vante son utilisation pour le stockage de courte et de longue durée, ce qu’elle peut réaliser. Cependant, le stockage de chaleur sur des périodes plus longues entraîne des pertes, car le système a tendance à perdre de la chaleur et à se refroidir avec le temps sans apport d’énergie supplémentaire. C’est également potentiellement plus complexe sur le plan mécanique et, à l’heure actuelle, largement non prouvé. Cependant, si le concept fonctionne à l’échelle d’un prototype, cela devrait démontrer s’il peut néanmoins être un outil utile.
Les plans actuels impliquent le développement d’un prototype d’installation de 1 MWh qui devrait être construit près de Boston, qui devrait être opérationnel en 2026. Il ne s’agit que d’une installation pilote, car aujourd’hui, les solutions de stockage sur batterie en réseau sont capables de stocker des centaines de mégawatts. des heures d’autonomie, et en le recrachant également en peu de temps. Si des installations commerciales à grande échelle et éprouvées pouvaient être envisagées dans les années à venir, nous ne nous attendrions pas à lever le verre jusqu’à l’achèvement d’une importante usine de stockage en réseau à base d’étain avant la fin de la décennie.
