Les renouvelables toujours plus compétitifs face au pétrole et au gaz, selon l’IRENA

4 réflexions au sujet de “Les renouvelables toujours plus compétitifs face au pétrole et au gaz, selon l’IRENA”

1. Un type de stockage parmi quelques 300 autres pour ceux qui ne font pas l’effort d’étudier et d’anticiper ce thème porteur et pourtant en cours de déploiement dans le monde avec une croissance déjà à 2 chiffres par an

   Energy Dome (Milan – Italie) stockage d’énergie longue durée (LDES) en utilisant du CO2 et des équipements et matériaux très courants entièrement recyclables

   Le système se déploie au plan commercial et son prix de stockage pourrait assez rapidement baisser en dessous des 30 euros/MWh. Le prix le plus bas est actuellement envisagé par les batteries fer-air (moins de 15 euros/MWh)

   Il est sans risques, ne génère pas de pertes de charge, sa durée de vie est estimée à plus de 30 ans et il est ensuite facilement réparable. Il est peu limité en capacités de stockage puisqu’il peut être monté en séries et également utiliser des cavernes de stockage pour d’importants volumes de stockage d’énergie. Sa durée de stockage courante est de 10 heures mais peut aller au delà en fonction du nombre d’unités et en particulier en stockage en cavernes quand la géographie locale y est favorable.

   Il peut fonctionner dans quatre modes de fonctionnement principaux : charge, boost, super boost et réponse rapide.

   Le rendement du cycle combiné est supérieur à 80 %.

   Modulaire et sous forme de « briques » adaptables à toute configuration souhaitée, le stockage C02 peut fournir tous les services de régulation de fréquence et de tension nécessaires au fonctionnement fiable des réseaux électriques, assurant de multiples revenus aux développeurs et aux opérateurs.

   Avec les prix actuels du gaz il est devenu compétitif. Mais sur la base des coûts avant crise du gaz naturel et de l’électricité, le stockage CO2 était compétitif s’il fonctionnait uniquement sur la base d’arbitrages.

   Les taux de rendement internes peuvent être augmentés en cumulant les revenus des services de régulation du réseau. Grâce aux principaux avantages de cette technologie, les carburants renouvelables tels que l’hydrogène et le gaz synthétique pourraient bientôt être compétitifs avec ce mode de stockage, assurant un IRR attractif aux propriétaires d’usines et ouvrant efficacement la voie à la prochaine ère de l’industrie énergétique.

   Rappel des avantages du C02 pour le stockage

   Le CO2 permet de stocker l’énergie de manière rentable dans un processus thermodynamique adiabatique fermé (récupération de chaleur donc meilleur rendement) de phases gazeuses et liquides, car c’est l’un des rares gaz qui peut être condensé et stocké sous forme liquide sous pression à température ambiante.

   En mode charge, le CO2 est tiré d’un gazomètre atmosphérique, le Dôme, comprimé puis stocké sous pression à température ambiante dans un état supercritique ou liquide de haute densité. Lorsque l’énergie doit être libérée, le CO2 est évaporé et détendu dans une turbine, puis renvoyé dans le gazomètre atmosphérique, prêt pour le prochain cycle de charge.

   En stockant en phase liquide à température ambiante, on réduit considérablement les coûts de stockage typiques associés au CAES (Compressed Air Energy Storage) sans avoir à gérer les températures cryogéniques associées au LAES (Liquid Air Energy Storage).

   1 kg de C02 occupe 0,55 m3 (contre 0,82 m3 pour l’air) à température ambiante et 1,3 litre à une pression de 70 bar (contre 12 litres pour l’air). Sa densité énergétique est alors de 66,7 kWh/m3 (contre 2 à 6 kWh/m3 pour l’air)

   La technologie CAES (Compressed Air Energy Storage) est un moyen de stocker de l’énergie en comprimant de l’air et en le stockant sous pression. L’air n’est pas le fluide idéal pour stocker l’énergie car sa densité énergétique sous pression est très faible. Cela signifie que pour stocker l’énergie de manière rentable, la seule solution consiste à utiliser des cavernes souterraines, ce qui rend ce système dépendant du site et limite sa compétitivité.

   Le C02 peut lui être stocké localement mais aussi dans des cavernes souterraines pour des capacités massives de stockage adiabatique d’énergie.

   Le système LAES (Liquid Air Energy Storage) résout ce problème en liquéfiant l’air et en atteignant ainsi des densités d’énergie très élevées. Cependant, la haute densité énergétique de l’air liquide présente les inconvénients associés aux températures cryogéniques, ce qui rend le système complexe et moins compétitif. En utilisant du CO2 au lieu de l’air, Energy Dome présente les mêmes avantages que les systèmes LAES et CAES (respectivement une densité énergétique élevée et le stockage de l’énergie à température ambiante), mais sans leurs inconvénients liés à l’efficacité, au coût et à la dépendance vis-à-vis du site

   Energy Dome prévoit un tour de table de série B pour la fin 2022 et envisage par la suite sa cotation en bourse

   https://energydome.com/

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2. Stockage des excédents d’électricité renouvelable (donc à bas prix) sous forme de chaleur dans du sable (à très bas coût) et importants impacts positifs étant entendu qu’environ 52% de la demande mondiale d’énergie l’est sous forme de chaleur pour les bâtiments, l’industrie etc

   Exemple de la Finlande avec Polar Night Energy et des Etats-Unis parmi d’autres avec les sytèmes « Enduring » du NREL

   La Finlande déploie des batterie à sable, qui sont généralement couplées avec les réseaux de chaleur ou pour les bâtiments individuels et l’industrie avec des capacités de stockage de chaleur jusqu’à 10 mois

   Aux Etats-Unis le US National Renewable Energy Laboratory (NREL), étudie activement le sable comme forme viable de batterie pour l’énergie renouvelable variable.

   Les particules de sable sont alimentées à travers un réseau d’éléments chauffants résistifs électriques – ou de pompes à chaleur THT – pour les chauffer à 1 200°C. Les particules chauffées sont ensuite introduites par gravité dans des silos en béton isolés pour le stockage de l’énergie thermique. Dans le cas du NREL le système de base est conçu pour le stockage économique d’un maximum de 26 000 MWh d’énergie thermique.

   Grâce à la conception modulaire, la capacité de stockage peut être augmentée ou réduite avec une relative facilité.

   En tant que milieu de stockage, le sable de silice abondant est stable et peu coûteux à 30 – 50 $/tonne, et a un impact écologique limité à la fois dans l’extraction et la fin de vie.

   Le stockage d’énergie thermique à particules est une forme de stockage moins dense en énergie, mais il est très peu coûteux (2 $ à 4 $ par kWh d’énergie thermique à une différence de température de charge à décharge de 900 °C). Le système de stockage est sûr car le sable de silice inerte est utilisé comme support de stockage, ce qui en fait un candidat idéal pour le stockage d’énergie massif et de longue durée.

   Les systèmes ENDURING du NREL n’ont pas de contraintes d’implantation particulières et peuvent être implantés n’importe où. Ces systèmes peuvent également être construits en utilisant l’infrastructure existante de centrales électriques au charbon et au gaz alors entièrement supprimées.

   En utilisant une pompe à chaleur, une unité d’électricité est transformée en deux à trois unités de chaleur, qui peuvent être stockées dans le système de stockage d’énergie thermique à particules puis livrées ultérieurement à l’utilisateur final. Ces technologies peuvent être utilisées pour le chauffage des bâtiments et des processus industriels en remplacement du charbon et du gaz naturel.

   En plus de fournir le stockage du réseau et la chaleur des bâtiments, ENDURING offre une source de chaleur stable pour les processus industriels et chimiques qui sont autrement incompatibles avec l’intermittence associée à l’énergie solaire et éolienne.

   https://www.nrel.gov/news/program/2021/nrel-options-a-modular-cost-effective-build-anywhere-particle-thermal-energy-storage-technology.html

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3. (suite)

   Cas de la Finlande

   Selon une étude de l’initiative Mission Innovation, déployer cette technologie de stockage dans du sable à grande échelle permettrait d’économiser chaque année et dès 2030 jusqu’à 283 mégatonnes d’équivalent CO2, ce qui représente environ la moitié de l’empreinte carbone annuelle de la France.

   En Finlande Polar Night Energy revendique un facteur d’efficacité allant jusqu’à 99 %, une capacité à stocker la chaleur avec une perte minimale pendant des mois et une durée de vie de plusieurs décennies.

   En conversion d’électricité le rendement chute évidemment d’où l’intérêt d’exploiter la chaleur et les réseaux de chaleur et froid

   Le sable peut être chauffé au delà des 1000°C. Dans le cas finlandais le sable stocke la chaleur à environ 500°C, ce qui peut ensuite réchauffer les maisons en hiver lorsque l’énergie est plus chère.

   Le sable est un milieu très efficace pour emmagasiner la chaleur et perd peu au fil du temps.

   Les scientifiques estiment que leur système pourrait garder le sable à 500°C pendant plusieurs mois.

   Ainsi, lorsque les prix de l’énergie sont plus élevés, la batterie décharge l’air chaud qui réchauffe l’eau pour le système de chauffage urbain

   Alors que des centrales électriques qui ne fonctionnent que quelques heures en hiver, quand il fait le plus froid, coûtent extrêmement cher

   Les stockages d’énergie sont essentiels dans les systèmes énergétiques performants à venir

   L’électricité à convertir en chaleur et à stocker pour une utilisation ultérieure peut provenir du réseau ou de sources locales, d’entreprises, d’habitants etc

   Les accumulateurs de chaleur Polar Night Energy peuvent être connectés à la plupart des systèmes de transfert de chaleur et sont compatibles avec les pompes à chaleur. Le système peut produire de l’eau chaude pour les systèmes de circulation d’eau, ou de l’air chaud et de la vapeur de procédé pour des usages industriels amplement majoritaires à ces températures (de même que du froid par système d’adsorption)

   Ces accumulateurs de chaleur offrent un prix énergétique stable avec des coûts de fonctionnement minimaux.

   Les stockages de chaleur offrent de la flexibilité à un réseau de chauffage et permettent une augmentation généralisée de l’énergie solaire et éolienne en tant que sources d’énergie efficaces pour le chauffage urbain entre autres

   https://polarnightenergy.fi/technology

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4. et si le stockage C02 et le sable ne suffisent pas et bien on reste à la plage en ajoutant le sel !

   So-Cer (Würzburg, Allemagne) : batterie sodium-céramique Na/NiCl2 (sel, eau, carbone, nickel, acier inoxydable et alumine, tous disponibles dans le monde entier), sans terres rares, ni lithium ni cobalt, réduisant ainsi les dépendances en matière d’approvisionnement. Elle a été optimisée par Fraunhofer IKTS.

   Plus de 5 000 cycles de charge complets et possibilité de remettre à neuf la cellule deux fois. La durée de vie de la batterie peut atteindre 45 ans.

   À grande échelle, cette batterie est moins chère, plus sûre et plus durable que les alternatives actuelles. Plus important, elle est fabriquée à partir de matériaux facilement disponibles partout dans le monde.

   Objectif de prix : atteindre un coût de stockage de 10 euros/MWh sur la durée de vie

   Cette batterie est non combustible, non explosive, sans dégazage, sans emballement thermique, sans conduction. La cellule So-Cer à électrolyte solide permet un stockage à long terme sans perte. Il n’y a pas de potentiel électrique sans activation thermique. La large gamme de fenêtres de température de fonctionnement est obtenue grâce à un matériau isolant issu de l’aérospatiale pour une efficacité thermique maximale.

   Le diamètre et la hauteur déterminent le courant et la tension. La puissance nominale des cellules est comparable aux batteries LFP actuelles.

   Haut rendement > 90 % (95%)
   Temps de réaction : millisecondes
   Grâce à l’électrolyte céramique aucune autodécharge électrochimique
   Fonctionnement thermique indépendant de l’environnement
   100 % recyclable
   Abondance naturelle élevée du sodium, 1000 fois supérieure à celle du lithium

   Applications : véhicules lourds, stockage à l’échelle du réseau avec régulation de fréquence et par ailleurs stockage industriel, commercial, tout comme résidentiel

   Pour une adoption et une pénétration plus rapides du marché, So-Cer partage son savoir-faire de production avec tout le monde. En construisant simultanément des giga-usines locales franchisées, l’entreprise peut ainsi développer des capacités de production particulièrement rapides à déployer. Un réseau de production décentralisé assure des parts de marché à l’international et accélère la transition énergétique dans le monde.

   Le marché des batteries est actuellement en plein essor. L’attention se concentre sur les batteries de véhicules alors que le marché des batteries pour stabiliser le réseau est en fait l’opportunité la plus importante !

   https://so-cer.com/

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