La batterie sera capable d’emmagasiner la demande de chaleur d’une semaine en hiver – comment ça marche ?
Une énorme batterie de sable devrait réduire les émissions de carbone d’une ville finlandaise.
L’unité de stockage à l’échelle industrielle de Pornainen, dans le sud de la Finlande, deviendra la plus grande batterie de sable au monde lorsqu’elle sera mise en service d’ici quelques années.
Capable de stocker 100 MWh d’énergie thermique provenant de sources solaires et éoliennes, il permettra aux résidents d’éliminer le fioul de leur réseau de chauffage urbain, contribuant ainsi à réduire les émissions de près de 70 pour cent.
« C’est passionnant de construire un stockage d’énergie thermique à grande échelle, qui servira également d’usine de production primaire dans le réseau de chauffage urbain de Pornainen », déclare Liisa Naskali, COO chez Polar Night Energy, la société à l’origine de l’innovation.
« Il s’agit d’une étape importante dans le développement de la technologie des batteries à sable. »
Les batteries à sable deviennent de plus en plus grandes en Finlande
La nouvelle batterie à sable de 1 MW a un précurseur. En mai 2022, Polar Night Energy a installé un modèle plus petit sur une centrale électrique de la ville de Kankaanpää.
Lancé juste au moment où la Russie coupait ses approvisionnements en gaz en représailles à l’adhésion de la Finlande à l’OTAN, le projet était un exemple opportun de la manière dont les énergies renouvelables pouvaient être exploitées d’une nouvelle manière.
L’Observatoire de l’Europe Green s’est précédemment entretenu avec les jeunes fondateurs finlandais, Tommi Eronen et Markku Ylönen, qui ont conçu la technologie.
« Nous parlions de la façon dont, si nous avions la liberté de concevoir une communauté pour nous-mêmes, comment pourrions-nous résoudre le problème énergétique dans un environnement aussi confiné ? Markku a parlé de l’inspiration derrière Polar Night Energy en 2018.
« Ensuite, très rapidement, surtout ici dans le Nord, vous vous heurtez au problème du stockage de l’énergie si vous essayez de produire l’énergie de la manière la plus propre possible. »
Les amis ont commencé à jouer avec des idées, atterrissant sur le sable comme moyen abordable de stocker l’abondante électricité produite lorsque le soleil brille ou lorsque le vent souffle à un rythme élevé.
Trouver un moyen de stocker ces énergies renouvelables variables est essentiel pour libérer leur plein potentiel. Les batteries au lithium fonctionnent bien pour des applications spécifiques, explique Markku, mais outre leurs problèmes environnementaux et leurs coûts, elles ne peuvent pas absorber une énorme quantité d’énergie.
Il s’avère que les grains de sable sont étonnamment spacieux en matière de stockage d’énergie.
La batterie de sable de Pornainen sera environ 10 fois plus grande que celle encore en activité de la centrale électrique de Vatajankoski à Kankaanpää. La start-up a également précédemment raccordé une centrale pilote au réseau de chauffage urbain de la ville de Tampere.
Alors, comment fonctionnent exactement les batteries de sable ?
C’est une structure assez simple au départ, a déclaré Polar Night Energy à propos de son prototype. Une haute tour est remplie de sable de faible qualité et chargée de la chaleur provenant de l’excès d’électricité solaire et éolienne.
Cela fonctionne grâce à un processus appelé chauffage résistif, par lequel de la chaleur est générée par la friction créée lorsqu’un courant électrique traverse un matériau qui n’est pas supraconducteur. L’air chaud circule ensuite dans le conteneur à travers un échangeur de chaleur.
Le sable peut stocker de la chaleur à environ 50°C pendant plusieurs mois, fournissant ainsi une précieuse réserve d’énergie moins chère pendant l’hiver. En cas de besoin, la batterie décharge l’air chaud qui sert à réchauffer l’eau du réseau de chauffage urbain. À Tampere, par exemple, les maisons, les bureaux et même la piscine locale en profitent.
«Il n’y a vraiment rien d’extraordinaire là-bas», dit Markku à propos du stockage. « La partie complexe se déroule sur l’ordinateur ; nous devons savoir comment l’énergie, ou la chaleur, se déplace à l’intérieur du stockage, afin de savoir à tout moment quelle quantité est disponible et à quelle vitesse nous pouvons la décharger et la charger.
Comment la batterie de sable servira-t-elle les habitants de Pornainen ?
Après avoir affiné ses algorithmes de charge, Polar Night Energy est désormais prêt à étendre 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. Avec la batterie de sable, nous pouvons réduire considérablement l’énergie produite par la combustion et éliminer complètement l’utilisation de pétrole », déclare le PDG Mikko Paajanen.
Le projet s’aligne également sur les plans de Pornainen en matière de neutralité carbone. Beaucoup de ses bâtiments, dont l’école polyvalente, la mairie et la bibliothèque, dépendent du 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 liées aux opérations de chauffage urbain et contribuent à l’expansion du réseau ».
Au total, la batterie de sable devrait éliminer 160 tonnes d’émissions d’équivalent dioxyde de carbone par an. En plus de retirer la ville du pétrole, la combustion de copeaux de bois devrait ainsi diminuer de 60 pour cent.
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, indique Polar Night Energy.
La construction et les tests de la batterie de 13 mètres de haut sur 15 mètres de large devraient prendre environ 13 mois, ce qui signifie qu’elle devrait garder les résidents au chaud bien avant l’hiver 2025.
Le sable est-il un matériau durable ?
« Nous voulions trouver quelque chose qui puisse être acheté presque partout dans le monde », a déclaré Markku. Mais le sable est-il aussi omniprésent qu’on pourrait le penser ?
La demande pour ce matériau de construction devrait augmenter de 45 pour cent au cours des 40 prochaines années, selon une récente étude néerlandaise. Le sable de construction est généralement extrait des rivières et des lacs, et les « pirates des sables » accélèrent sa perte dans ces écosystèmes.
Mais pour les ingénieurs finlandais, la provenance du sable importe peu. Bien que le sable de construction ait été initialement utilisé (pour limiter les émissions liées au transport), les batteries de sable fonctionnent avec n’importe quel matériau semblable au sable et présentant une densité suffisamment élevée, dans le cadre 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 foyers à rétention de chaleur par une entreprise finlandaise.
« Tulikivi est une entreprise connue et traditionnelle », explique Naskali. « La pierre ollaire qu’ils utilisent est très finlandaise. »
« Nous choisissons toujours le support de stockage d’énergie thermique en fonction des besoins du client. L’examen et le test de différents matériaux sont essentiels pour que nous puissions utiliser des matériaux adaptés en termes de propriétés, de rentabilité et de promotion de l’économie circulaire », ajoute-t-elle.
Polar Night Energy a de grandes ambitions : étendre sa technologie à l’échelle mondiale.
Comme Markku nous l’a dit en 2022, « nous voulons construire le plus rapidement possible des stockages cent fois plus grands dans le monde entier ».
