Stockage d’énergie à sels fondus – une nouvelle affectation pour des centrales à charbon et lignite ?

Temps de lecture 4 – 6 minutes

  • L’Allemagne dispose d´une capacité d´environ 45 GW de centrales au charbon et au lignite /1/. La commission gouvernementale sur la sortie du charbon préconise la fermeture de 12,5 GW d’ici 2022 et la sortie progressive à l´horizon de 2038 /2/.
  • Au lieu de la déconstruction des centrales arrêtées, la question d´une nouvelle affectation dans le cadre de la transition énergétique se pose. Une idée est leur conversion en  dispositif de stockage d’énergie pour suppléer aux énergies renouvelables intermittentes.

RWE a annoncé l´étude d´une installation pilote en coopération avec le centre allemand pour l’aéronautique et l’astronautique (DLR) et l´université d´Aix-la-Chapelle ayant pour objectif la conversion d´une centrale à charbon en dispositif de stockage d´énergie dans des sels fondus  /3/, /4/.

L´idée d´un dispositif de stockage d’énergie à sels fondus n´est pas nouvelle et a été déjà étudiée dans le cadre de centrales thermiques solaires permettant de générer de l’électricité indépendamment du jour et de la nuit.

L´association d´un tel dispositif de stockage à une centrale à charbon permettrait l´utilisation de  l´infrastructure existante (turbo-alternateur, connexions au réseau) et le maintien du site en activité.

Principe de fonctionnement

La figure 1 schématise le détail de l’installation.

Figure 1_1
Figure 1 : Schéma de l´installation pilote d´un dispositif de stockage d´énergie dans des sels fondus (source RWE)

A l’intérieur d’un réservoir appelé réchauffeur électrique, la surproduction des éoliennes et du photovoltaïque est utilisée pour réchauffer à environ 600 °C un fluide caloporteur (les sels fondus) à l’aide de résistances.  Les sels fondus chauds sont ensuite transférés dans un réservoir calorifugé capable de contenir une grande quantité de sels fondus chauds. Lorsque cela est nécessaire, les sels fondus chauds passent par un échangeur thermique pour produire la vapeur nécessaire à la production d’électricité. Celle-ci meut le turboalternateur existant de la centrale à charbon. Les sels fondus retournent ensuite dans le réservoir froid (250 à 300°C) et le processus se répète en boucle fermée.

Perspectives

Le DLR considère /5/ que la conversion des centrales thermiques à flamme en dispositif de stockage d’énergie à sels fondus pourrait être un élément clé pour suppléer aux énergies renouvelables intermittentes dans un système énergétique avec une part importante de production d´électricité à partir d´éolien et de photovoltaïque.

Ce dispositif de stockage est particulièrement adapté au photovoltaïque compte tenu du cycle jour et nuit. La surproduction du photovoltaïque pendant la journée sera stockée sous forme de chaleur et retransformée dans la nuit en électricité. Une capacité de stockage de 6 à 18 heures serait suffisante. Dans des épisodes prolongés de production éolienne et solaire quasi nulle, le turboalternateur peut en cas de besoin être alimenté par la vapeur générée par du combustible fossile ou du gaz vert (biogaz ou power-to-gaz). Cela permettrait de réduire la capacité des centrales conventionnelles en backup.

Le rendement du système (transformation de l´électricité intermittente en électricité pilotable) est estimé à 40%.

La conversion d´une centrale à lignite en dispositif de stockage d´énergie permettrait une réduction significative des émissions CO2 d´environ 1150 gCO2/kWh à environ 60 gCO2/kWh.

En revanche le coût de production est estimé à environ 140 €/MWh donc un facteur 4 par rapport au cout de production actuel d´une centrale à lignite. La conversion d´une centrale n’a  finalement de sens sur le plan économique qu´en cas de modification des conditions réglementaires, par exemple l´interdiction de la production électrique à partir de charbon et lignite ou l´introduction d´une taxe carbone.

Projet d´installation pilote

L´installation pilote sera construite dans les bassins miniers de Rhénanie. Une capacité de stockage de 1 GWh est visée. La construction est prévue au début des années 2020.

L´installation pilote permet d’étudier les coûts d’exploitation et de maintenance associés à cette option technologique dans des conditions réelles d’exploitation.

Les travaux de planification de l´installation pilote sont subventionnés par le Land Rhénanie-Westphalie avec 2,9 M€.

Bibliographie

/1/ Bundesnetzagentur (2019) : Kraftwerksliste , 7.3.2019, https://www.bundesnetzagentur.de/DE/Sachgebiete/ElektrizitaetundGas/Unternehmen_Institutionen/Versorgungssicherheit/Erzeugungskapazitaeten/Kraftwerksliste/kraftwerksliste-node.html

/2/ Allemagne-Energies (2019) : « Allemagne : Une sortie du charbon préconisée d’ici 2038 », https://allemagne-energies.com/2019/01/27/allemagne-une-sortie-du-charbon-preconisee-dici-2038/

/3/  RWE (2019), communiqué de presse du 15.3.2019 :  « Wegweisendes Pilotprojekt: Im Rheinischen Revier entsteht ein Wärmespeicherkraftwerk », https://news.rwe.com/wegweisendes-pilotprojekt-im-rheinischen-revier-entsteht-ein-warmespeicherkraftwerk/

/4/ DLR (2019), communiqué de presse du 25.1.2019 : « Wärmespeicher – Ein sauberer Weg aus der Kohle? Drittes Leben für Kraftwerke », https://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-31924/#/gallery/28300

/5/ DLR (2019) « Wärmespeicherkraftwerke – Positionspapier des DLR zum Umbau von Kohlekraftwerken auf einen CO2-neutralen Betrieb », 22.02.2019, https://www.dlr.de/dlr/Portaldata/1/Resources/documents/2019/DLR_Positionspapier_Waermespeicherkraftwerke.pdf

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