Laissez la gravité stocker l’énergie

Jun 25, 2023

Gravity Power LLC, une startup basée à Santa Barbara, en Californie, a développé une technologie de stockage d'énergie peu coûteuse, à démarrage rapide et à réponse dynamique rapide, qui rivalise avec les turbines hydroélectriques et à gaz classiques à stockage par pompage pour la production d'électricité de pointe et à usage intermédiaire. Le système est simple, mais son potentiel est profond.

Une grande partie des équipements de production d’électricité actuellement installés sont destinés soit aux énergies renouvelables (principalement éoliennes et solaires), soit aux cycles combinés alimentés au gaz qui tirent parti des prix historiquement bas du gaz naturel. Cependant, bon nombre de ces centrales au gaz ont été construites dans un but supplémentaire : servir de source d'électricité à réaction rapide, capable de remplacer la production renouvelable lorsque le vent cesse de souffler ou que le soleil ne brille plus. Un meilleur choix technologique pour « chasser » l’éolien et le solaire est le stockage en vrac de l’électricité.

Les complications liées à la planification du système et à l'exploitation du réseau que posent les énergies renouvelables ont été discutées en détail dans un article précédent (« Le stockage d'énergie permet la génération juste à temps », avril 2011, disponible sur powermag.com). Le thème clé de cet article était que le stockage d’énergie à grande échelle doit être commercialisé avant que l’électricité renouvelable puisse atteindre son plein potentiel.

Aujourd’hui, la plupart des grands projets de stockage d’énergie ne semblent être guère plus qu’un conteneur d’expédition rempli de dizaines de milliers de petites batteries. La valeur du stockage d’énergie est véritablement réalisée avec des systèmes à l’échelle des services publics capables de « déplacer » l’énergie éolienne en vrac produite principalement pendant les heures creuses vers les heures de pointe, lorsque la valeur de l’énergie est nettement plus élevée. Cette valeur est tout aussi importante pour les systèmes solaires photovoltaïques qui fonctionnent de manière sauvage lorsque les nuages ​​passent au-dessus de nous.

Plusieurs technologies de stockage d’énergie à grande échelle, à leurs premiers stades de développement, ont été abordées dans l’article précédent. Gravity Power LLC a été identifiée comme une entreprise qui se démarque des autres, principalement parce que sa technologie adopte pleinement le principe KISS (Google it) et devrait être déployable à court terme. En fait, le ministère américain de l’Énergie s’est penché sur la technologie et n’a pas été en mesure de financer les travaux de développement car aucune recherche et développement n’était nécessaire.

En lisant cet article, même les non-technologues comprendront intuitivement le fonctionnement du système et apprécieront sa simplicité.

Selon Tom Mason, PDG de Gravity Power, le concept de conception final a pris forme en 2008, immédiatement suivi par le premier cycle de financement de l'entreprise début 2009 auprès de The Quercus Trust, suivi d'une série d'autres petits investissements. La société lève actuellement un tour de table de série B pour financer la conception finale et les tests du système. Le premier brevet Gravity Power couvrant sa technologie a été délivré par l'Office américain des brevets en mai 2012, et d'autres brevets mondiaux sont en attente.

Le module d'alimentation par gravité (GPM) est une machine simple (Figure 1). Au cœur du système se trouvent une pompe-turbine et un moteur-générateur réversibles, un peu comme ceux utilisés dans les systèmes hydroélectriques à stockage par pompage (PSH) conventionnels depuis 70 ans ou plus. À 40 mètres (m) sous terre se trouve le sommet d’un « circuit d’eau » souterrain où se trouve la pompe-turbine. Le circuit est constitué de deux puits verticaux étanches remplis d’eau. Le premier est un arbre à alésage vertical de grand diamètre appelé « arbre de puissance ». Le plus petit est l’arbre « conduite forcée ». À l’intérieur de l’arbre de transmission se trouve un grand piston qui stocke ou restitue l’énergie lorsqu’il est déplacé hydrauliquement vers le haut ou vers le bas par l’eau. L'eau est simplement un fluide hydraulique. L'eau circule dans un circuit dans les deux sens : soit l'eau s'écoule dans la boucle du système, poussant le piston vers le haut, soit l'eau est poussée dans l'autre sens par le piston lorsqu'il descend.

Tout comme un système PSH conventionnel, l'électricité est consommée lorsque l'entraînement réversible pompe l'eau de la conduite forcée dans l'arbre de puissance situé sous le piston, soulevant le piston pour stocker l'énergie potentielle du piston. Pour libérer son énergie stockée, le piston est libéré et, à mesure qu'il descend, l'eau est forcée à travers la pompe qui agit désormais comme une turbine à eau et génère de l'énergie à l'aide du moteur qui fonctionne désormais comme un générateur. La vitesse à laquelle le piston descend détermine la puissance instantanée générée. La profondeur et le diamètre de l'arbre de transmission ainsi que la masse du piston déterminent la quantité d'énergie stockée.