Comment transformer les mines de charbon en batteries vertes géantes

Dans un futur réseau électrique à faible émission de carbone dominé par l'éolien et le solaire intermittents, nous aurons besoin de technologies pour stocker l'énergie lorsqu'elle est abondante et la réinjecter dans le réseau lorsqu'elle ne l'est pas. Les batteries au lithium-ion et l'hydroélectricité pompée font actuellement l'essentiel de ce travail de stockage d'énergie et devraient dominer à l'avenir, avec les piles à combustible à hydrogène. Une équipe internationale de scientifiques a récemment proposé une autre solution innovante et ingénieuse qui consiste à réaffecter d'anciennes mines : le stockage souterrain d'énergie par gravité (UGES). Ils ont exposé l'idée dans la revue Energies.

UGES consiste à abaisser de grandes quantités de sable stockées dans des conteneurs attachés à un câble central dans un puits souterrain profond. Au fur et à mesure que le sable descend, le câble attaché fait tourner des rotors qui alimentent divers générateurs, produisant ainsi de l'électricité. Le processus peut être inversé pour stocker l'énergie lorsqu'il y a un excès d'électricité renouvelable dans le réseau. Le sable est remonté jusqu'au sommet de l'appareil et empilé en monticules au-dessus du sol.

Ce qui distingue UGES des autres solutions de stockage d'énergie gravitationnelle proposées par diverses startups, c'est l'emplacement. Les chercheurs proposent d'installer des UGES dans les puits de mine abandonnés, qui sont nombreux.

« On estime qu'au moins 50 000 d'entre eux existent en Australie ; plus de 550 000 ont été trouvés aux États-Unis, dont plus de 100 000 qui présentent un risque environnemental important ; et plus de 10 000 existent au Canada », ont écrit les auteurs.

Ils estiment que le potentiel global de stockage d'énergie de l'UGES se situe entre 7 et 70 térawattheures (1 térawatt = 1 000 gigawatts). Pour mettre cela en perspective, cela équivaut à l'énergie stockée dans 87,5 à 875 millions de batteries de véhicules électriques. À la fin de 2021, seulement 56 gigawattheures de stockage d'énergie étaient en ligne dans le monde.

La puissance de sortie d'UGES - c'est-à-dire ce qu'elle peut fournir instantanément au réseau - varie principalement en fonction de la longueur du puits souterrain de la mine et de la quantité de sable utilisée. Un projet dans une ancienne mine à seulement 200 mètres de profondeur utilisant 4 millions de tonnes de sable pourrait ne fournir que 10 mégawatts au réseau, assez pour alimenter peut-être 5 000 à 8 000 foyers, tandis qu'un projet dans un puits de 1 000 mètres de profondeur utilisant 40 millions tonnes de sable pourraient générer jusqu'à 200 mégawatts.

Une mine plus profonde non seulement produirait et stockerait plus d'énergie, mais serait également plus rentable. Les coûts de stockage de l'énergie varient de 1 $ à 10 $ par kilowattheure pour l'UGES, calculent les auteurs, carrément bon marché par rapport aux batteries lithium-ion, qui coûtent actuellement environ 150 $/kWh. Cependant, les prix des batteries continuent de baisser à mesure que la chimie s'améliore.

Les plus grands inconvénients de l'UGES sont son utilisation importante de sable - une matière première apparemment omniprésente qui pourrait en fait manquer plus tard ce siècle - et sa capacité électrique modeste - la quantité d'électricité qu'elle peut fournir au réseau à tout moment. Une usine UGES peut également prendre des jours, des semaines ou même des mois selon la quantité de sable utilisée et la profondeur pour se « recharger » complètement, c'est-à-dire déplacer le sable du bas du puits vers le haut.

D'un autre côté, sa capacité à stocker de l'énergie à moindre coût pendant des semaines, des mois, voire des années - ou peut-être indéfiniment - est un énorme avantage. Le sable ne s'évapore pas comme l'eau d'un réservoir hydroélectrique pompé ou ne se dissipe pas comme l'énergie qui se décharge lentement des batteries. Un autre avantage fantastique? L'UGES peut revitaliser les communautés charbonnières alors que les mines continuent d'être fermées dans le monde entier.

"Le monde transforme son système énergétique, réduisant de moitié l'extraction de charbon à des fins énergétiques", ont écrit les chercheurs. "L'UGES peut fournir une source alternative de revenus aux personnes travaillant dans les mines et à la communauté."

Alors que les planificateurs et les décideurs cherchent à concevoir un réseau électrique sans carbone, ils auront besoin d'un mélange diversifié de solutions de production d'électricité et de stockage d'énergie pour maximiser la stabilité et minimiser le risque de pannes. L'UGES pourrait très bien prendre en compte cet avenir.