Le batteries à gravitéparfois aussi appelé batteries à gravitésont des appareils permettant de stocker via accumulation gravitationnelle l’énergie excédentaire, souvent produite à partir de sources renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, qui peut ensuite être reconvertie en électricité de manière relativement durable. Leur fonctionnement est basé sur la conversion de l'énergie excédentaire en énergie potentielle – c’est-à-dire celui lié à l’altitude et à la hauteur par rapport au sol – soulevant souvent de grandes masses de différents types masses d'eau – dans des centrales hydroélectriques à pompage – ou de grande taille blocs de béton ou de fer dans des systèmes dédiés. De ce point de vue, elles constituent une alternative relativement respectueuse de l’environnement aux batteries fonctionnant par réactions chimiques, et en même temps elles peuvent contribuer à résoudre – comme les batteries à flux, les batteries au sel ou les batteries au sable – le problème du stockage d’énergie à partir de sources renouvelables, qui est par nature intermittente et notoirement difficile à stocker. Ces batteries ont de faibles pertes d'énergie, de faibles risques et peuvent réellement aider à gérer le réseau électrique en stockant de grandes quantités d'énergie. Actuellement, la plus grande batterie gravitationnelle au monde se trouve à Shanghai : c'est la Coffre énergétique et peut fournir une puissance de 25 MW.
Comment fonctionnent les batteries à gravité
L’idée derrière les batteries gravitationnelles est assez simple. À l'heure où l'énergie produite à partir de sources renouvelables est surabondant par rapport aux besoins, l'énergie excédentaire est utilisée pour soulever des masses qui s'élèvent généralement à plusieurs tonnes à une certaine hauteur du sol. Cette énergie est ensuite convertie en énergie potentielle des masses soulevées et reste ainsi stockée sous cette forme de manière relativement sûre et permanente. Ces appareils sont répartis en fonction du type de matériau à soulever : il existe centrales hydroélectriques (qui pompe l'eau), les systèmes avec Blocs de béton et il existe aussi un système avec blocs de fer.
Centrales de stockage hydroélectriques
De nos jours, ces types d'implants sont également appelés centrales hydroélectriques à pompage. Dans le même temps, ils permettent de produire de l’électricité à partir des chutes d’eau pendant les périodes de pointe et de stocker l’eau à haute altitude lorsqu’elle n’est pas nécessaire. Lorsque les besoins énergétiques augmentent, l'eau est à nouveau libérée et à l'automne elle produit de l'électricité grâce à la turbine de la centrale hydroélectrique.
On en trouve un exemple dans Centrale hydroélectrique d'Egeweiher en Suissequi au début du XXe siècle était doté d'un bassin 144 mètres plus haut où pomper l’eau avec l’excès d’énergie produit. Il s'agissait principalement d'absorber le surplus d'énergie produit la nuit.
Installations de stockage de blocs de béton
Il existe ensuite des systèmes qui soulèvent des blocs de matériaux composites, comme celui de Coffre énergétiqueconstruit à la périphérie de Shanghai. L'installation a l'air immense gratte-ciel dans lequel Blocs de béton sont générés lorsqu’il existe un excédent d’énergie produite à partir de sources renouvelables. En cas de besoin, ils sont abaissés pour produire de l'électricité. Cette installation a été conçue pour avoir un durée d'environ 35 ansrégule quotidiennement la charge électrique et peut mettre en jeu gigawatts de puissance jusqu'à 18 heures par jour.
Installation de stockage avec des blocs de fer
Il existe également une batterie gravitationnelle qui déplace les blocs de fer. Développé par une startup appelée Gravitricitédans Écosse, exploite le mouvement de 50 tonnes de fer suspendu par des câbles d'acier dans un puits de l'équivalent de quatre étages de profondeur. Le système a un pouvoir de 250 kW.
Avantages et inconvénients des batteries à gravité
Tous ces différents types de batteries gravitationnelles offrent une excellente alternative, ou plutôt, elles constituent un excellent allié des batteries chimiques qui dominent aujourd’hui le marché mondial du stockage d’énergie. Puisqu’elles n’exploitent pas de réactions chimiques, ce sont des solutions avec un impact environnemental relativement faible et un faible risque d’incendie. Ils sont aussi très efficace pour l’accumulation du surplus énergétique : on parle en fait d’une efficacité autour80%. Ce type d'accumulation garantit un comportement stable aussi bien dans les environnements chauds qu'humides.
Les différentes solutions présentent des avantages spécifiques : les batteries gravitaires qui exploitent la remontée de masses d'eau par exemple ont pertes d'énergie limitées, principalement en raison de l'énergie utilisée pour pomper l'eau en haute altitude et du processus naturel d'évaporation du bassin ; ceux qui soulèvent des blocs de béton ont un très faible dégradation dans le temps.
Le revers de la médaille est que je les coûts sont relativement élevés (entre 7,5 et 15 centimes d'euro le kWh) et sont obligatoires grandes structures.