Et si nous stockions notre électricité avec du sable ?

Un système de stockage de chaleur … avec du sable !

De plus en plus de pays dont la France ont fait le choix de se tourner vers les énergies renouvelables pour créer de l’électricité. Ils ont procédé à la mise en place de nombreux panneaux photovoltaïques ainsi que des éoliennes sur leurs territoires dans le but de réduire au maximum les émissions de gaz à effet de serre.

Ces solutions sont intéressantes puisqu’elles utilisent des énergies naturelles et renouvelables comme le soleil ou le vent. Toutefois, elles sont dites intermittentes, elles ne fonctionnent pas tout le temps. En effet, l’éolien ne fonctionne pas s’il n’y a pas de vent ou si ce dernier est trop élevé. Dans le cas du photovoltaïque, il ne fonctionne pas la nuit et il créé un maximum d’électricité le midi et en été, lorsque l’on en a le moins besoin.

Nous savons créer de l’énergie par le biais des énergies renouvelables, il convient maintenant de trouver des solutions pour la stocker et l’utiliser lorsque les besoins sont les plus élevés. Pour cela il existe de nombreuses solutions comme les batteries à hydrogène ou les STEP (Station de transfert d’énergie par pompage). Nous allons étudier une nouvelle alternative qui est le stockage de chaleur par le sable.

Présentation de la solution

L’entreprise italienne MAGALDI a créé un dispositif qui permet le stockage d’énergie thermique en utilisant le sable. La technologie s’appelle MGTES pour Magaldi Green Thermal Energy Storage.

MGTES est un système innovant qui permet de stocker l’énergie thermique. Pour cela il utilise un lit de sable fluidisé. La fluidisation consiste à faire passer un fluide à travers des particules solides pour les suspendre dans ce dernier. Le processus désigne l'état des particules solides en suspension dans un fluide, comme une liquéfaction, en mouvement continu et se mouvant avec lui (cela donne l’impression que le sable devient liquide et qu’il bout). En procédant ainsi on augmente fortement la capacité d’échange de chaleur des particules et donc l’efficacité du stockage.

La solution se présente comme une grosse cuve isolée remplie de sable de silice fluidisable. Il existe différents modules allant de 40 à 500 tonnes, ce qui permet d’avoir une plage de puissance de 5 à 100 MWh. Le fonctionnement de MGTES se décompose en 3 phases :

• La charge : Le lit de particules de sable est fluidisé, et par le biais de résistances électriques placées dans la cuve, il va pouvoir se charger avec un maximum d’énergie thermique

• Stockage :  Le processus de fluidisation est arrêté, les particules de sables chargées en chaleur s’accumule en bas du module. Le module est très bien isolé ce qui permet d’éviter au maximum les déperditions de chaleur du sable vers l’extérieur.

• Décharge :  Le lit de particule de sable est à nouveau fluidisé, et par le biais d’un échangeur, va transmettre la chaleur qu’il a stocké vers un fluide caloporteur, généralement de la vapeur surchauffée. Cette vapeur pourra être utilisée pour faire tourner une turbine et créer de l’électricité.

La composition et le fonctionnement de cette solution sont très bien résumées dans cette vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=wl20jvEYX4U

Avantage et application

Nous avons vu que les particules de sable peuvent se charger en chaleur par le biais de résistances électriques. L’électricité qui alimente ces dernières est 100% renouvelable. Elle peut provenir d’installations photovoltaïques et / ou de parc d’éoliennes.

Cette solution permet donc d’optimiser la production des énergies renouvelables. Une fois chargée, elle peut stocker cette énergie thermique jusqu’à plusieurs semaines et la restituer pour chauffer de la vapeur de 120°C à 400°C. Elle pourra être utilisée pour faire tourner une turbine et créer de l’électricité ou pour alimenter les process industriels en chaleur.

Cette solution innovante permettra d’optimiser la production d’électricité des énergies renouvelables. Ce qui lui permettra à l’avenir de procéder à la décarbonation des process pour des industries telles que les papeteries, l’agroalimentaire, le textile, la chimie. En effet, près de 70% des demandes énergétiques des industries est utilisée pour obtenir de la chaleur pour les process. Le premier client à utiliser cette solution est l’entreprise agroalimentaire IGI à Salerne avec la mise en place d’une centrale de 10 MWh. Il convient désormais aux autres industriels de suivre cet exemple.

Article rédigé par Clément R.