batteries eau et air

La progression des énergies renouvelables en Espagne semble imparable. Sans aller plus loin, le 2 novembre, l’énergie photovoltaïque et éolienne couvrait 73,3% de la production électrique de notre pays, selon les données de Red Eléctrica Española, atteignant le record absolu à ce jour. Et c’est quelque chose de plus en plus courant, puisque le précédent avait été atteint le 20 octobre, avec 70,5%. Ces données ont permis une baisse considérable du prix de l’énergie, mais les énergies renouvelables continuent de poser un problème fondamental : le stockage qui permet leur utilisation optimale.

Même s’il y a des moments de la journée où le surplus d’énergies renouvelables conduit à une énergie à des prix minimaux, l’impossibilité de stocker cet excédent limite l’effet à long terme sur la facture d’électricité, qui reste soumise à des hauts et des bas prononcés. D’un autre côté, les batteries continuent de dépendre de terres rares et de produits chimiques nocifs pour l’environnement. Il faut donc de nouvelles technologies de stockage conçues spécifiquement pour les énergies renouvelables qui, en plus d’être efficaces, ne contribuent pas à la détérioration de l’environnement.

Dans ce sens, quatre chercheurs de l’Université de Cordoue (UCO) viennent de présenter une étude dans laquelle ils démontrent la viabilité de un système de stockage d’énergie innovant qui utilise uniquement de l’eau et de l’air pour fonctionner et permettrait d’adapter la charge et la décharge de l’énergie à la situation du marché.

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« À l’avenir, la majeure partie de l’énergie sera renouvelable, mais nous devons d’abord résoudre le problème de la gérabilité, un problème que posent les combustibles fossiles. Le défi que nous avons l’intention de résoudre est que le stockage qui convertit les énergies renouvelables en énergies gérables est également écologiquement durable« , explique à EL ESPAÑOL – Omicrono José Luis Aranda, responsable de l’idée initiale du dispositif et l’un des quatre auteurs du article publié dans la revue scientifique Energy.

moment eurêka

Cette histoire, comme tant d’autres dans le domaine scientifique, commence par un moment eurêka. « C’était un de ces jours où tu es à la maison, il pleut dehors, ton esprit n’arrête pas de tourner… et c’est à ce moment-là que l’ampoule s’est allumée », se souvient Aranda. « C’est là qu’est venue la première idée de un nouveau modèle de stockage d’énergie durable qui aurait pour base les énergies renouvelables. En rassemblant tout cela, j’ai imaginé un appareil, je l’ai dessiné sur papier, je l’ai enregistré pour protéger la propriété intellectuelle et je l’ai partagé avec mes camarades de classe de l’Université de Cordoue pour vérifier s’il avait un sens physique et mathématique. »

Ainsi, Aranda lui-même, Antonio Martín Alcántara, Alberto Jiménez et Antonio Sarsa, membres des Départements d’Ingénierie Électrique et Automatique, Mécanique et Physique de l’UCO, se sont réunis avec le même objectif. Le concept est basé sur le principe de la pression hydrostatique grâce à un réservoir cylindrique immergé dans une grande étendue d’eau, soit dans un réservoir, soit directement dans la mer.

En fait, le modèle final publié dans l’article est une adaptation du concept colonne d’eau oscillante (OWC), utilisé depuis des années dans des endroits comme la centrale houlomotrice de Mutriku au Pays Basque, capable de produire jusqu’à 970 MWh par an grâce aux vagues. Eh bien, les ingénieurs de Cordoue ont proposé une inversion complète de son fonctionnement, et c’est pourquoi ils ont appelé cet appareil iOWC (colonne d’eau oscillante inversée).

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« L’appareil est essentiellement un cylindre immergé dans l’eau avec un disque qui, comme s’il s’agissait d’un piston, sépare un réservoir situé en haut, qui serait l’eau, et un autre réservoir en bas, qui serait l’air » explique Antonio Martín Alcántara, spécialiste de la modélisation mathématique et de la simulation numérique. « Ce que nous faisons, c’est profiter du fait que l’air est un gaz compressible pour que, avec le poids de l’eau, il soit comprimé et déplacer une turbine.

Lorsque l’appareil est chargé, le disque repose en haut, presque sans eau, tandis que toute la chambre inférieure est remplie d’air. « Si nous avons une demande de pointe et que le prix de l’énergie à ce moment-là est élevé, nous commencerions à décharger. Cela signifierait laisser ce disque libre et, automatiquement, l’eau commencerait à remplir la partie supérieure du cylindre. » Donc, La colonne d’eau devient de plus en plus grande et comprime l’air à mesure que le disque descend..

L’élément de conception décisif de l’iOWC se trouve en bas. Il s’agit de un trou pour que l’air puisse s’échapper à la vitesse du son, « le seul moyen de maintenir cette sortie d’air stable afin qu’elle déplace la turbine de manière contrôlée ». Cela impliquerait de parvenir à une décharge constante d’énergie jusqu’à ce que l’air de la chambre inférieure soit complètement épuisé.

Pour le processus de recharge, nous attendons qu’il y ait une heure creuse dans le prix de l’énergie, moment auquel le piston remonte. « Cela pourrait être utilisé un moteur électrique alimenté par une énergie renouvelable qui tire le disque de le soulever avec tout le poids de la colonne d’eau au-dessus.

Du modèle au prototype

La recherche se limite actuellement à une conception préliminaire et à des formules mathématiques démontrant sa viabilité et son évolutivité, mais Il y a un long chemin à parcourir avant de pouvoir réaliser un prototype pour le tester.. Cependant, les résultats obtenus permettent de connaître la réaction du système et d’identifier les conditions de conception les plus appropriées pour son fonctionnement optimal, en tenant compte du rapport d’aspect et de la taille du trou de sortie d’air.

Selon les calculs des chercheurs, le dispositif résultant devrait mesurer 16 fois la hauteur de son diamètre. C’est-à-dire, S’il faisait un mètre de diamètre, cela impliquerait une hauteur de 16 mètres. Quant à l’orifice de sortie pour atteindre les conditions de vitesse du son, il faudrait qu’il soit équivalent à 0,04 fois le diamètre du tube.

En théorie, plus l’appareil est grand, plus il peut stocker d’énergie, mais ils envisagent également la possibilité d’installer plusieurs unités au même endroit, une sorte de fermes en batteries situées dans des réservoirs ou à proximité de la côtepour profiter de ces grands plans d’eau.

Cette estimation permet par exemple de calculer qu’il faudrait 9 iOWC d’un diamètre d’environ 2,5 mètres et d’une hauteur d’environ 40 mètres.
chacun pour stocker 1 MWh. « Cette énergie serait que consommeraient environ 100 foyers pendant les 5 heures entre le coucher du soleil et la tombée de la nuit« dit Martín Alcántara.

Cependant, jusqu’à ce que les iOWC puissent être installés dans des environnements réels, beaucoup plus de recherches sont nécessaires et passer de l’idée et des calculs à un prototype viable. « Ce que nous aimerions ensuite, c’est pour pouvoir le mettre à l’échelle et l’emmener au laboratoire« , explique Aranda. « À long terme, nous pensons qu’une autre solution de stockage complémentaire à celles existantes pourrait devenir une réalité dans l’industrie », conclut-il.

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