La batterie pourra stocker une semaine de demande de chaleur en hiver - comment cela fonctionne-t-il ?
PUBLICITÉUne énorme batterie de sable devrait réduire les émissions de carbone d'une ville finlandaise.
L'unité de stockage à échelle industrielle de Pornainen, dans le sud de la Finlande, sera la plus grande batterie de sable du monde, lorsqu'elle sera mise en service d'ici un an.
Capable de stocker 100 MWh d'énergie thermique d'origine solaire et éolienne, elle permettra aux habitants d'éliminer le pétrole de leur réseau de chauffage urbain, contribuant ainsi à réduire les émissions de près de 70 %.
"Il est passionnant de construire un système de stockage d'énergie thermique à grande échelle, qui servira également d'usine de production primaire dans le réseau de chauffage urbain de Pornainen", s'enthousiasme Liisa Naskali, directrice de l'exploitation de "Polar Night Energy", la société à l'origine de l'innovation.
"Il s'agit d'une étape importante dans la mise à l'échelle de la technologie des batteries de sable, ajoute-t-elle.
Les batteries de sable prennent de l'ampleur en Finlande
La nouvelle batterie de sable de 1 MW a un précurseur. En mai 2022, Polar Night Energy a installé un modèle plus petit dans une centrale électrique de la ville de Kankaanpää.
Lancé au moment où la Russie coupait l'approvisionnement en gaz en représailles à l'adhésion de la Finlande à l'OTAN, le projet était un exemple opportun de la façon dont l'énergie renouvelable pouvait être exploitée d'une nouvelle manière.
Euronews Green s'est entretenu avec les jeunes fondateurs finlandais, Tommi Eronen et Markku Ylönen, qui ont mis au point la technologie.
"Nous nous demandions comment, si nous avions la liberté de concevoir une communauté pour nous-mêmes, nous pourrions résoudre le problème de l'énergie dans un environnement aussi confiné". Markku Ylönen explique l'inspiration à l'origine de Polar Night Energy, en 2018.
"Ensuite, assez rapidement, surtout ici dans le nord, vous rencontrez le problème du stockage de l'énergie si vous essayez de produire l'énergie de la manière la plus propre possible."
Les deux amis ont commencé à réfléchir à des idées et ont opté pour le sable comme moyen abordable de stocker l'électricité abondante produite lorsque le soleil brille ou que le vent souffle à un rythme élevé.
Trouver un moyen de stocker ces énergies renouvelables variables est essentiel pour en exploiter tout le potentiel. Les piles au lithium fonctionnent bien pour des applications spécifiques, explique Markku Ylönen, mais outre leurs problèmes environnementaux et leur coût, elles ne peuvent pas absorber une énorme quantité d'énergie.
Il s'avère que les grains de sable sont étonnamment spacieux lorsqu'il s'agit de stocker de l'énergie.
La batterie de sable de Pornainen sera environ 10 fois plus grande que celle qui est encore en service à la centrale électrique de Vatajankoski à Kankaanpää. La start-up a également raccordé une installation pilote au réseau de chauffage urbain de la ville de Tampere.
Comment les batteries de sable fonctionnent-elles exactement ?
Il s'agit d'abord d'une structure assez simple, explique Polar Night Energy, à propos de son prototype. Une haute tour est remplie de sable de qualité inférieure et chargée avec la chaleur de l'électricité solaire et éolienne excédentaire.
Cela fonctionne grâce à un processus appelé chauffage résistif, par lequel la chaleur est générée par la friction créée lorsqu'un courant électrique passe à travers un matériau qui n'est pas un supraconducteur. L'air chaud circule ensuite dans le conteneur par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur.
Le sable peut stocker la chaleur à environ 500 °C pendant plusieurs jours, voire plusieurs mois, ce qui constitue une réserve précieuse d'énergie moins chère pendant l'hiver. En cas de besoin, la batterie décharge l'air chaud et réchauffe l'eau du réseau de chauffage urbain. À Kankaanpää, par exemple, les habitations, les bureaux et même la piscine locale en profitent tous.
"Il n'y a vraiment rien d'extraordinaire", confie Markku Ylönen à propos du stockage. "Nous devons savoir comment l'énergie, ou la chaleur, se déplace à l'intérieur du stockage, afin de connaître en permanence la quantité disponible et la vitesse à laquelle nous pouvons la décharger et la charger".
PUBLICITÉComment la batterie de sable servira-t-elle les habitants de Pornainen ?
Après avoir affiné ses algorithmes de charge, Polar Night Energy est maintenant prête à développer la technologie de stockage à Pornainen.
Une fois terminée, la nouvelle batterie sera intégrée au réseau de Loviisan Lämpö, la société de chauffage finlandaise qui fournit le chauffage urbain dans la région.
"Loviisan Lämpö s'oriente vers une production d'énergie plus respectueuse de l'environnement. Grâce à la batterie Sand Battery, nous pouvons réduire considérablement l'énergie produite par combustion et éliminer complètement l'utilisation du pétrole", explique Mikko Paajanen, PDG de l'entreprise.
Le projet s'inscrit également dans les plans de neutralité carbone de Pornainen. Un grand nombre de ses bâtiments, dont l'école polyvalente, l'hôtel de ville et la bibliothèque, sont alimentés par le chauffage urbain.
Le maire de Pornainen, Antti Kuusela, a déclaré que la municipalité "accueille favorablement tous les projets de développement innovants qui réduisent les émissions dans les opérations de chauffage urbain et contribuent à l'expansion du réseau".
PUBLICITÉAu total, la batterie de sable devrait permettre de réduire les émissions de 160 tonnes d'équivalent dioxyde de carbone par an. En plus de permettre à la ville de se passer du pétrole, la combustion de copeaux de bois devrait diminuer de 60 %.
Selon Polar Night Energy, la capacité de stockage d'énergie thermique de la batterie équivaut à près d'un mois de demande de chaleur en été et à une semaine de demande en hiver à Pornainen.
La construction et les essais de la batterie de 13 mètres de haut sur 15 mètres de large devraient durer environ 13 mois, ce qui signifie qu'elle devrait tenir les habitants au chaud bien avant l'hiver 2025.
Le sable est-il un matériau durable ?
"Nous voulions trouver un matériau que l'on puisse se procurer presque partout dans le monde", précise Markku Ylönen. Mais le sable est-il aussi omniprésent qu'on pourrait le penser ?
Selon une récente étude néerlandaise, la demande de ce matériau de construction devrait augmenter de 45 % au cours des 40 prochaines années. Le sable de construction est généralement extrait des rivières et des lacs, et les "pirates du sable" accélèrent sa disparition de ces écosystèmes.
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Mais pour les ingénieurs finlandais, l'origine du sable n'a pas vraiment d'importance. Bien que le sable de construction ait été utilisé au départ (pour limiter les émissions dues au transport), les batteries au sable fonctionnent avec n'importe quel matériau semblable au sable ayant une densité suffisamment élevée, dans le respect de certains paramètres thermodynamiques.
À Pornainen, Polar Night Energy a trouvé un matériau durable dans la pierre ollaire concassée, un sous-produit de la fabrication de cheminées à accumulation de chaleur par une entreprise finlandaise.
"Tulikivi est une entreprise traditionnelle bien connue", explique Liisa Naskali. "La pierre ollaire qu'elle utilise est très finlandaise".
"Nous choisissons toujours le moyen de stockage de l'énergie thermique en fonction des besoins du client. Il est essentiel pour nous d'examiner et de tester différents matériaux afin d'utiliser ceux qui conviennent en termes de propriétés, de rentabilité et de promotion de l'économie circulaire", ajoute-t-elle.
Polar Night Energy a l'ambition de diffuser sa technologie dans le monde entier.
PUBLICITÉComme Markku Ylönen nous l'a dit en 2022, "nous voulons construire le plus rapidement possible des entrepôts cent fois plus grands dans le monde entier".