À une trentaine de kilomètres de la côte de Toronto, une série de six énormes ballons cylindriques monte du fond du lac, presque aussi hauts qu'une maison à deux étages. Leurs murs contiennent de l'air comprimé susceptible de devenir de l'électricité.
Ces ballons font partie d'un programme novateur et sans émissions pour stocker l'énergie renouvelable de la société Hydrostor.
Vous voyez, l'énergie éolienne est formidable et les panneaux solaires sont superbes, et ces technologies deviennent plus efficaces chaque année. Cependant, l'un des plus grands défis pour les énergies renouvelables consiste à alimenter les habitations en dehors des heures de pointe, une fois le vent mort ou après le coucher du soleil, lorsque les communautés se tournent souvent vers le diesel.
«Le stockage est vraiment l'élément clé pour permettre à notre réseau électrique de devenir renouvelable», a déclaré le PDG de Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor est l’une des nombreuses sociétés et groupes de recherche qui étudient le stockage de l’énergie sous-marine à air comprimé (UW-CAES), solution qui pourrait constituer une solution peu coûteuse et respectueuse de l’environnement à ce problème.
Dans le système Hydrostor, un excès d'énergie solaire ou éolien charge un compresseur d'air. L'air comprimé est refroidi avant de descendre dans un tube et d'atteindre les ballons massifs. Tout comme si vous faisiez exploser un ballon sur terre, l'air remplissait les ballons dans l'océan, mais à cause des nombreux pieds d'eau qui poussent vers le bas, l'air à l'intérieur se compresse. Plus les ballons sont profonds, plus ils peuvent contenir d'air. Pour libérer l’énergie, les opérateurs peuvent ouvrir une vanne terrestre et l’eau sus-jacente force l’air à sortir, ce qui fait tourner une turbine pour générer de l’énergie.
«En fin de compte, nous formons une batterie très basse d’air sous-marin», déclare Cameron Lewis, fondateur et président d’Hydrostor, dans une vidéo sur le projet.
Les installations Hydrostor à terre abritent un système de compresseurs d’air et de turbines permettant de convertir l’énergie en air comprimé et retour. (Hydrostor) La CAES n'est pas vraiment nouvelle. La technologie existe depuis la fin du 19e siècle, mais ce n’est que vers la fin des années 1970 que la première usine de stockage d’énergie a ouvert à Brême, en Allemagne, avec de l’air comprimé enfoui sous terre dans de vieilles cavernes de sel. Depuis lors, il y a eu plusieurs projets CAES à travers le monde, mais le problème réside toujours dans le choix de l'air, a déclaré VanWalleghem. Les réservoirs en acier sont extrêmement coûteux et les alternatives à faible coût actuelles - les cavernes souterraines - ne sont jamais où vous en avez besoin, dit-il. Les ballons sous-marins d'Hydrostor pourraient au moins rendre la méthode de stockage d'énergie possible dans les communautés proches de l'océan ou des lacs profonds.
Assis sous environ 180 pieds d’eau, les six ballons de test Hydrostor mesurent 29, 5 pieds de haut et 16, 4 pieds de large. Ils sont fabriqués dans un nylon enduit d'uréthane, qui est le même matériau que celui utilisé pour transporter les épaves des fonds de lacs et des fonds marins - un tissu qui peut résister à une grande force de l'air sous l'eau.
Hydrostor n'est pas la seule entreprise à enquêter sur UW-CAES. Thin Red Line Aerospace a mis au point un système similaire de manière indépendante. En 2011 et 2012, ils ont déployé plusieurs «Energy Bags» au large des îles Orcades, en Écosse, pendant trois mois. Ce test pilote initial a donné des résultats encourageants qu’ils ont publiés dans une étude réalisée en collaboration avec une équipe de l’Université de Nottingham.
«Le défi est une étape vers l'échelle du réseau», a déclaré le fondateur et président de Thin Red Line, Max de Jong. Ou plutôt, trouver comment stocker suffisamment d’air pour produire une quantité importante d’énergie.
Les ballons d'Hydrostor contiennent une assez petite quantité d'énergie. La société ne divulguera pas la capacité totale du système, mais les générateurs sont plafonnés à environ un mégawatt. Bien que Hydrostor envisage de développer le système, il lui faut encore quelques ballons supplémentaires pour recharger une communauté.
Pour donner un peu de perspective, le London Array, un parc éolien offshore de 175 éoliennes, produit environ 4, 2% de l'énergie électrique du Grand Londres, selon de Jong. Pour produire suffisamment de puissance pour compenser une accalmie d'une journée, il vous faudrait environ 27 500 ballons plus petits utilisés pour les tests initiaux du système effectués par Thin Red Line Aerospace, explique-t-il. Cela équivaut à un peu plus de 7 700 des sacs d'Hydrostor.
“Pouvez-vous imaginer la plomberie, la tuyauterie… et l'impact environnemental?” S'émerveille de Jong. "C'est la folie."
Selon VanWalleghem, les pièces pour UW-CAES d'Hydrostor sont toutes des pièces standard transportées par des fournisseurs industriels, y compris General Electric. "Il n'y a pas de technologie ou de science derrière la construction de systèmes plus importants, explique-t-il. Nous achetons simplement un moteur ou un compresseur plus grand."
De Jong, cependant, affirme que la construction de systèmes sous-marins plus grands n'est pas si simple. «Nous savons que les turbines à gaz sont disponibles. Nous savons que la tuyauterie est disponible ", explique-t-il." La partie inconnue est le confinement sous-marin et la profondeur à laquelle vous devez le vider pour obtenir un stockage d'énergie significatif. "
Max de Jong, ingénieur en chef et chef de la direction de Thin Red Line Aerospace, inspecte un «sac d'énergie» UW-CAES lors du test de gonflage initial (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Pour maximiser la quantité d'énergie qu'un système sous-marin peut stocker et pomper dans le réseau, les ingénieurs devront déterminer à quel point ils peuvent fabriquer les ballons et les ballasts sous-marins, ainsi que leur profondeur d'installation.
«Il n'y a aucune raison pour que cela ne fonctionne pas, mais il y a de nombreuses raisons pour lesquelles ce ne serait pas économique», déclare Imre Gyuk, responsable du programme de stockage d'énergie au département de l'Énergie des États-Unis. "La question de l'efficacité est toujours là."
À mesure que la profondeur de l'eau augmente, il y a beaucoup plus d'eau qui pousse sur les ballons, permettant ainsi une compression beaucoup plus importante de l'air.
"Vous avez besoin de quelque chose de très fort. La force de cette chose est presque insondable", dit de Jong. Basé sur le matériau utilisé pour les habitats spatiaux, Thin Red Line a développé et breveté une "architecture de tissu gonflable évolutif" pouvant contenir 211 888 pieds cubes d'air comprimé sous l'eau, soit près de 60 fois plus que les 3 700 pieds cubes environ de chacun des systèmes Hydrostor. des ballons.
L’autre partie de cette solution d’efficacité va plus loin, explique de Jong. Sa société étudie l’idée d’associer UW-CAES à des éoliennes flottantes dans les profondeurs de l’océan. Cette solution tient compte à la fois du potentiel de stockage massif des grandes profondeurs d'eau et des avantages des éoliennes hors de la trajectoire de nombreux oiseaux de mer et de la visibilité des gens à terre. Le stockage en profondeur maintient également les ballons loin des environnements sensibles proches du rivage.
Il reste encore beaucoup à faire pour que le projet UW-CAES à grande échelle devienne une réalité. D'une part, les impacts environnementaux sont encore largement inconnus. "Le bruit pourrait être une énorme chose", déclare Eric Schultz, biologiste marin à l'Université du Connecticut. "Imagine que tu fasses passer un paquet d'essence dans ce que j'imagine être un tuyau assez étroit." Le sifflement de volumes massifs d'air traversant les canalisations, en particulier les fréquences élevées, pourrait perturber le comportement des habitants de l'océan. Cependant, l'impact réel de ces ballons sur les populations de poissons n'a pas encore été vérifié.
VanWalleghem affirme que le système de ballon sous-marin pourrait en fait favoriser le biote marin, agissant peut-être comme un récif artificiel. Les ancres des ballons sont recouvertes en partie de pierres de tailles et de types susceptibles de supporter le frai de poissons locaux.
Cela dit, comme pour tous les navires, le biote curieux pourrait également poser problème. «Il y a toujours le requin emporte-pièce», dit Gyuk. Ce requin de la taille d'un chat s'attache aux surfaces en découpant des trous ovales lisses.
Avec le nouveau programme pilote, Hydrostor attend avec impatience des données pour les aider à évaluer le système. La société envisage déjà de construire un système plus grand à Aruba. Pour le moment, ces petites communautés insulaires, avec des besoins en énergie relativement faibles et des eaux profondes proches du littoral, sont probablement les meilleures cibles pour la technologie.
