2024-04-05 18:24:52
Cachée profondément sous un vaste bloc de tours à condos, de bureaux, de magasins et de six niveaux de stationnement souterrain à Toronto se trouve une batterie géante – mais pas du genre à laquelle vous pourriez penser.
Il ne contient ni plomb ni lithium. Au lieu de cela, il est rempli d’eau – suffisamment pour remplir trois piscines olympiques – et de toute la chaleur que l’eau contient.
Il s’appelle « The Well » et il soutient le système de chauffage et de refroidissement à faible émission de carbone des bâtiments.
Carson Gemmill, vice-président des solutions et des innovations chez Enwave, se tient sur une passerelle à The Well, un vaste développement torontois comprenant des magasins, des tours d’appartements et de bureaux, ainsi que six niveaux de stationnement au sommet d’une immense batterie thermique remplie d’eau. (Paul Smith/CBC News)
L’énergie éolienne et solaire génère une énergie propre et bon marché. Mais il ne fait pas toujours beau ou venteux aux moments où nous en avons le plus besoin, comme les journées les plus chaudes de l’été ou les nuits les plus froides de l’hiver. Cela fait du stockage de l’énergie un élément important d’un réseau à faible émission de carbone – et son stockage sous forme de chaleur peut être moins cher, plus sûr et plus pratique que son stockage dans des batteries traditionnelles.
Voici un aperçu plus approfondi des « batteries thermiques ».
Qu’est-ce qu’une batterie thermique ?
La plupart d’entre nous connaissent le stockage électrochimique de l’énergie dans les batteries. L’énergie peut également être stockée derrière des barrages hydroélectriques (stockage mécanique) ou sous forme de produits chimiques comme l’éthanol ou l’hydrogène.
Mais elle peut aussi être stockée sous forme de chaleur.
Gabe Murtaugh, directeur des marchés et de la technologie au Long Duration Energy Storage Council, a déclaré que le concept est simple :
Une vue du puits Enwave en construction. Il mesure environ 46 mètres (ou environ 12 étages) de profondeur et 15 mètres de diamètre. (Enwave Énergie)
A quoi peut servir la chaleur ?
La chaleur peut être utilisée pour générer de la vapeur et faire tourner des turbines pour produire de l’électricité.
Il peut également être utilisé directement pour le chauffage des locaux ou de l’eau. C’est ce qui arrive à la chaleur stockée dans le système The Well : elle fait partie d’un système énergétique de quartier géré par Enwave Energy Corp. qui fournit du chauffage et de la climatisation à plus de 100 bâtiments à Toronto.
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La chaleur stockée peut également être utilisée pour la fabrication.
Par exemple, PepsiCo remplace l’une de ses chaudières au gaz naturel dans une usine de Broek op Langedijk, aux Pays-Bas, en générant de la chaleur à partir d’énergie éolienne bon marché en dehors des heures de pointe, et le stocker à 800 C dans des batteries thermiques fabriquées par une startup allemande appelée Kraftblock. La chaleur peut être transférée selon les besoins aux friteuses à huile qui fabriquent les chips Cheetos et Lay’s.
Murtagh a déclaré que ce « double usage » pour la chaleur ou l’électricité fait des batteries thermiques « des ressources vraiment polyvalentes ».
Pourquoi voudriez-vous stocker la chaleur de cette façon ?
Il améliore l’efficacité énergétique et réduit les coûts de plusieurs manières.
La consommation d’énergie atteint généralement son maximum à certaines heures, par exemple les soirées des jours les plus froids de l’hiver et les fins d’après-midi des jours les plus chauds de l’été. Ces pics devraient s’accentuer à mesure que davantage de systèmes de chauffage s’électrifient.
Il s’agit du complexe Well à Toronto vu de l’extérieur. Il est chauffé et refroidi par le système énergétique de quartier d’Enwave, qui a gagné 10 millions de pieds carrés de capacité grâce à l’ajout d’un stockage thermique sous le complexe. (Paul Smith/CBC News)
Mais cette demande pourrait ne pas correspondre aux pics de production d’électricité, en particulier avec la part croissante des sources d’électricité renouvelables telles que l’éolien et le solaire.
De nombreux services publics tentent de lisser la demande en facturant davantage l’électricité aux heures de pointe et beaucoup moins en cas d’offre excédentaire, comme pendant la nuit.
Les batteries thermiques permettent aux services publics ou aux clients de déplacer l’énergie d’un moment de la journée – ou même d’un moment de l’année – à un autre, a déclaré Murtaugh.
Des journalistes visitent l’intérieur du vaste réservoir thermique de Vattenfall pour stocker l’eau chaude à Berlin, en Allemagne. Les batteries thermiques fonctionnent bien avec le chauffage urbain, très répandu en Europe. (Michael Sohn/Associated Press)
L’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) a déclaré que permet d’utiliser davantage d’énergie renouvelable et réduit le besoin de mises à niveau coûteuses du réseau.
Le stockage de chaleur permet également aux bâtiments et aux fabricants d’acheter de l’électricité uniquement lorsqu’elle est la moins chère.
Le Rapport sur l’innovation énergétique a découvert que les batteries thermiques pourraient rendre les coûts de chauffage industriel utilisant l’électricité compétitifs par rapport au gaz naturel, tout en remplaçant 75 pour cent des combustibles fossiles brûlés pour le chauffage par l’industrie américaine.
Pour le chauffage des locaux, Enwave récupère la chaleur perdue des clients, tels que les centres de données, et brûle du gaz naturel. Le stockage thermique réduit sa dépendance au gaz naturel (et donc ses émissions de carbone).
Mais le stockage thermique est également utilisé pour le refroidissement : Enwave utilise normalement l’eau froide du lac Ontario pour fournir la climatisation à ses clients en été grâce à son système de refroidissement en profondeur du lac. Mais lorsque sa canalisation manque de capacité, l’entreprise allume d’énormes refroidisseurs électriques pour compenser la différence, a déclaré Carson Gemmill, vice-président des solutions et des innovations de l’entreprise.
Avec de l’eau pré-refroidie stockée dans The Well, le système de refroidissement du lac profond peut desservir 10 millions de pieds carrés supplémentaires avant d’allumer les refroidisseurs.
Combien de temps la chaleur peut-elle être stockée ainsi ?
La chaleur peut être stockée et évacuée en quelques heures. Les exemples conçus à cet effet incluent Système Icebear testé par le zoo de Toronto et la thermopompe avec stockage d’énergie intégré fabriquée par Stash Energy, de Fredericton.
Mais de nombreux systèmes peuvent les stocker pendant des mois. En fait, ils sont souvent utilisés pour le stockage saisonnier.
Par exemple, la communauté solaire de Drake Landing, construite en 2006 à Okotoks, en Alberta, a été conçue pour collecter l’énergie solaire en été, la stocker sous terre puis la libérer pour la chauffer en hiver, fournissant ainsi 90 pour cent du chauffage des locaux en hiver. . (L’équipement arrive désormais en fin de vie.)
Une illustration, gracieuseté de High Performance Buildings, de la façon dont la communauté de chauffage urbain solaire d’Okotoks, en Alberta, capte l’énergie solaire pendant l’été et la stocke pour l’utiliser en hiver. (Bâtiments à Haute Performance)
Enwave charge The Well en eau chaude à l’automne pour aider à chauffer les bâtiments équipés de son système de chauffage urbain pendant l’hiver. Au printemps, il charge le puits en eau froide et utilise le « froid » stocké pour contribuer à la climatisation.
Vantaan Energia, basée en Finlande, prévoit la plus grande installation de stockage thermique saisonnier au monde. Il permettra d’évacuer la chaleur excédentaire des énergies renouvelables et de la valorisation énergétique pendant l’été pour chauffer toute une ville de taille moyenne en hiver.
Si cela permet d’économiser de l’argent et de l’énergie, pourquoi n’en ai-je pas entendu parler auparavant ?
En partie, il n’y en a pas beaucoup. Murtaugh a déclaré que, de manière générale, pour le stockage de longue durée, par rapport à ce dont le monde a besoin pour une décarbonation complète, « nous n’en sommes qu’à une goutte d’eau dans l’océan ».
Un rapport 2020 de l’IRENA s’attend à ce que le marché mondial du stockage d’énergie thermique triple d’ici 2030, pour atteindre 800 gigawattheures (environ assez pour alimenter 800 000 foyers canadiens moyens pendant un mois).
Du côté de la fabrication, Murtaugh a déclaré que les batteries thermiques étaient utiles pour les industries ayant besoin de chaleur en dessous de 500 °C et qui sont soumises à la volatilité des prix du gaz. La technologie n’est pas encore au point pour des températures plus élevées.
Les coûts diminuent également. CSIRO, l’agence scientifique nationale australienne, estime que le stockage de l’énergie thermique sera environ un tiers moins cher que les batteries lithium-ion et l’hydroélectricité pompée pour un stockage de plus de quatre heures d’ici 2050.
C’est la chambre froide du Well. À droite se trouvent des échangeurs de chaleur qui transfèrent la chaleur entre le stockage dans The Well et le système énergétique de quartier d’Enwave. Sur la gauche se trouvent des refroidisseurs qui pré-refroidissent l’eau au printemps pour charger le puits. (Emily Chung/CBC Nouvelles)
Du côté du chauffage des locaux, des projets comme The Well ont plus de sens dans les systèmes énergétiques de quartier qui desservent de nombreux bâtiments, a déclaré Carlyle Coutinho, PDG d’Enwave Corp. et président de l’International District Energy Association.
Le puits n’a pas été facile à construire, a-t-il ajouté, mais le système fonctionne comme prévu et Enwave recherche désormais d’autres opportunités de stockage thermique, notamment pour des développements à plus grande échelle.
“Je pense qu’il est vraiment très important, lorsque nous pensons à l’énergie et à l’électrification… d’examiner tous les outils dont nous disposons dans notre boîte à outils pour pouvoir le faire aussi efficacement que possible”, a déclaré Coutinho.
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