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31 Mai, 2022

Système de stockage d’énergie Lift : Transformer les gratte-ciel en batteries gravitationnelles

Système de stockage d’énergie Lift : Transformer les gratte-ciel en batteries gravitationnelles

Le système de stockage d’énergie Lift transformerait les gratte-ciel en batteries gravitationnelles géantes et serait encore plus efficace s’il était associé à des systèmes d’ascenseurs magnétiques sans câble de dernière génération, comme le Multi-elevator de Thyssenkrupp, illustré ci-dessus.

Les énergies renouvelables étant intermittentes, le stockage et la libération de l’énergie seront essentiels dans les prochaines décennies. Les chercheurs de l’IIASA ont présenté une solution fascinante, proposant de transformer les gratte-ciel en batteries gravitationnelles géantes pour le stockage d’énergie renouvelable remarquablement bon marché.

Le concept est assez simple : l’énergie renouvelable excédentaire peut être stockée sous forme d’énergie potentielle, en l’utilisant pour soulever un objet lourd vers un point plus élevé. Cette énergie peut ensuite être libérée en utilisant la gravité pour alimenter une sorte de générateur. Des chercheurs de l’Institut international d’analyse des systèmes appliqués (IIASA) de Vienne, en Autriche, ont observé la hauteur et l’emplacement des gratte-ciel et ont constaté qu’il existait une énorme quantité de stockage d’énergie préconstruite qui attendait d’être débloquée.

Le système de stockage d’énergie par ascenseur (LEST : Lift Energy Storage System) utiliserait les systèmes d’ascenseurs existants dans les grands immeubles. Nombre d’entre eux sont déjà dotés de systèmes de freinage par récupération qui permettent de récolter de l’énergie lors de la descente de l’ascenseur, ce qui permet de les considérer comme des générateurs d’énergie préinstallés. Le LEST utiliserait également les espaces vacants dans l’ensemble du bâtiment, idéalement près du haut et du bas. Ainsi, il pourrait être remarquablement bon marché d’adapter ce type de capacité à un bâtiment, par rapport à la construction d’un système de batteries gravitaires dédié à un autre endroit.

En fait, le LEST profiterait des temps d’arrêt des ascenseurs pour déplacer des objets lourds, comme de grands conteneurs de sable humide, du bas du bâtiment vers le haut, lorsque l’énergie renouvelable excédentaire est disponible, et du haut vers le bas, lorsque cette énergie peut être utilisée ou revendue au réseau électrique.

L’équipe de l’IIASA a proposé de construire une série de robots remorques autonomes chargés de ramasser les poids et de les remorquer à l’intérieur et à l’extérieur des ascenseurs lorsque c’est prudent. Les poids peuvent être stockés le long des couloirs, dans des appartements ou des bureaux vides, ou encore dans des espaces dédiés, à l’écart, si un bâtiment est planifié avec ce système en tête – un demi-étage libre en haut ou en bas d’un bâtiment pourrait faire l’affaire, puisqu’il ne serait pas nécessaire d’avoir un plafond suffisamment haut pour que les gens puissent s’y déplacer.

Les poids n’ont pas besoin d’être assez volumineux pour empêcher les gens de monter dans un ascenseur avec eux, et les robots peuvent être programmés pour sortir si des passagers montent dans l’ascenseur et le poussent au-delà de sa capacité de charge. Des algorithmes peuvent déterminer les moments les plus opportuns pour faire monter les poids en hauteur, et quand récolter l’énergie stockée, sans transformer le système d’ascenseur en un cauchemar d’attente pour les locataires.

Les poids lourds pourraient être déplacés vers le haut de l’immeuble pour « charger » un gratte-ciel, puis relâchés en utilisant le freinage par récupération existant dans les ascenseurs pour le « décharger ».

Dans une étude publiée dans la revue Energy, les chercheurs affirment que les ascenseurs intelligents à moteur-réducteur synchrone à aimants permanents peuvent fonctionner avec un rendement proche de 92 %, lorsque les ascenseurs sont entièrement chargés et réglés pour descendre à une vitesse optimale pour la production d’énergie. Si de grandes quantités d’énergie sont nécessaires rapidement, les ascenseurs peuvent être réglés pour descendre plus vite, au détriment d’une certaine efficacité – et ce système pourrait devenir encore plus efficace s’il était associé à un système d’ascenseur magnétique sans câble, de type Willy Wonka, comme le multiélévateur Thysenkrupp de l’image du haut.

De nombreuses autres technologies de stockage de l’énergie au niveau du réseau sont en cours de développement, mais le LEST présente des caractéristiques uniques qui pourraient lui valoir un siège à la table. Tout d’abord, il vit en plein cœur des villes qu’il dessert, en utilisant les propriétés prêtes à l’emploi des plus hautes infrastructures existantes connues de l’homme – ce qui réduit considérablement les dépenses d’investissement, puisqu’il suffit de faire entrer quelques robots et poids dans le hall, de modifier la programmation de l’ascenseur et c’est parti.

Il ne sera pas en mesure de répondre aux pics de demande aussi rapidement ou de manière aussi fiable qu’un grand projet de batterie, mais d’un autre côté, il pourrait s’agir d’un excellent moyen de remédier à certaines des faiblesses d’un grand système de batterie, comme le fait qu’il sera probablement moins efficace pour les fluctuations saisonnières de la production d’énergie à long terme et les scénarios de panne de courant sur plusieurs jours. Un LEST pourrait stocker une véritable tonne d’énergie en été, puis libérer ses réserves progressivement pendant l’hiver.

Les défis à relever sont assez clairs pour chaque bâtiment. Combien de poids les étages supérieurs peuvent-ils supporter, avant que ces poids lourds ne s’écrasent à travers les planchers et ne redécorent chaque appartement qu’ils traversent en descendant ? Existe-t-il un endroit évident pour garer ces boîtes sans que les locataires du dernier étage ne se révoltent contre le blocage des couloirs ?

Si vous envisagez d’utiliser un appartement vacant, quel est l’intérêt économique d’un système LEST, compte tenu des loyers traditionnellement élevés des appartements et des bureaux en étage, sans parler des prix tout aussi exorbitants que l’on peut tirer des places de parking en sous-sol ?

Quoi qu’il en soit, il s’agit d’une réflexion latérale intéressante, et d’une option remarquablement bon marché si les projections de l’équipe se confirment. Le coût du stockage d’énergie de la capacité installée du LEST est estimé entre 21 et 128 dollars par kWh, ce qui dépend largement de la hauteur du bâtiment en question. À titre de comparaison, le National Renewable Energy Laboratory a estimé le coût de la capacité installée des systèmes de batteries de quatre heures à 345 dollars par kWh en 2020, un chiffre qui, selon ses prévisions, ne passera pas sous la barre des 100 dollars par kWh avant la fin des années 2040, même selon les hypothèses les plus optimistes.

Il s’agit de dépenses d’investissement (CAPEX) et non de dépenses d’exploitation (OPEX), mais ce chiffre plaide néanmoins en faveur d’un examen plus approfondi de ce type de technologie. L’équipe de l’IIASA estime que les tours d’habitation actuelles pourraient être converties en 30 à 300 gigawattheures de stockage d’énergie, ce qui suffirait à faire fonctionner la ville de New York pendant environ un mois aux taux de consommation actuels. Il s’agit là d’une contribution importante.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544222010052

https://iiasa.ac.at/news/may-2022/turning-high-rise-buildings-into-batteries