La conception de barrages modulaires pourrait accélérer l’adoption des énergies renouvelables


Le Southwest Research Institute a développé un nouveau système de barrage modulaire à contreforts en acier conçu pour résoudre les problèmes de stockage d’énergie qui entravent l’intégration des ressources renouvelables dans le mix énergétique. Le système de barrage modulaire à contreforts en acier m-Presa™ facilite la construction rapide de systèmes de réservoirs appariés pour le stockage et la production d’énergie à l’échelle du réseau en utilisant l’hydroélectricité de stockage par pompage (PSH) en boucle fermée, réduisant ainsi les coûts de construction du barrage d’un tiers et réduisant les calendriers de construction de moitié.

Les systèmes d’alimentation électrique utilisent le PSH pour l’équilibrage de charge. La méthode utilise l’énergie potentielle gravitationnelle de l’eau, pompée d’un réservoir à basse altitude vers un réservoir à plus haute altitude en utilisant une énergie électrique excédentaire à faible coût et hors pointe pour faire fonctionner les pompes. Pendant les périodes de forte demande électrique, l’eau stockée est renvoyée vers le réservoir inférieur, entraînant des turbines pour produire de l’énergie électrique. Bien que les pertes dues au processus de pompage signifient qu’il consomme plus d’énergie qu’il n’en génère, le système crée de la valeur en fournissant plus d’électricité pendant les périodes de pointe de la demande, lorsque les prix de l’électricité sont les plus élevés, ce qui atténue les défis associés aux énormes fluctuations quotidiennes des flux intermittents, variables et énergies renouvelables sans carbone, comme l’énergie solaire et éolienne.

« L’hydroélectricité à accumulation par pompage représente environ 95 pour cent de tout le stockage d’énergie aux États-Unis, et les centrales PSH modernes ont un rendement aller-retour proche de 80 pour cent », a déclaré le Dr Gordon Wittmeyer, hydrologue à la division de chimie et de génie chimique du SwRI. « Cependant, une seule centrale PSH de taille moyenne de 40 MW a été construite au cours des deux dernières décennies aux États-Unis. Trois facteurs font obstacle au déploiement rapide de PSH : le coût de construction, le temps de construction et les impacts environnementaux potentiels. Le système m-Presa répond à ces trois problèmes. »

Les facteurs de coût qui continuent de dissuader les nouveaux investissements dans le PSH incluent des coûts d’investissement élevés – jusqu’à 5 000 dollars par kW de capacité installée – et l’absence de signaux clairs sur les prix du stockage d’énergie. La conception m-Presa™ pourrait réduire les coûts de construction à 1 500 $ par kW de capacité installée, rendant le PSH compétitif par rapport aux autres modes de stockage d’énergie à long terme.

Le temps nécessaire à la construction des réservoirs constitue également un élément de coût important. Il faut souvent 10 ans pour localiser, concevoir, construire et mettre en service une centrale PSH conventionnelle, à une époque où les investisseurs privés réalisent des retours sur investissement de 10 ans ou moins grâce aux parcs solaires et éoliens subventionnés. Réduire le délai entre le lancement du projet et la génération de revenus pourrait rendre PSH plus attractif que d’autres solutions utilisées pour gérer d’énormes fluctuations quotidiennes de la production solaire, telles que les centrales de pointe de gaz non durables ou les systèmes de stockage d’énergie par batterie de plus courte durée.

« Nous proposons des unités hydroélectriques de pompage-turbinage en boucle fermée en stockant l’eau dans des réservoirs supérieur et inférieur, retenus par des barrages à contreforts construits à partir de modules préfabriqués en acier », a déclaré Wittmeyer. « Ces modules de construction en acier peuvent être transportés sur des remorques à plateau de taille standard pour permettre une construction modulaire rapide de barrages à contreforts de 10 à 40 pieds de haut pouvant englober une large gamme de surfaces et de volumes d’eau. »

Les impacts environnementaux potentiels de la construction de réservoirs constituent un autre obstacle important à l’adoption du PSH lors de la mise en eau d’une voie navigable naturelle. Les impacts environnementaux potentiels associés au PSH en boucle fermée peuvent être réduits ou évités si les réservoirs supérieur et inférieur sont créés en construisant des barrages entièrement fermés, séparés des ruisseaux ou des rivières naturels.

« Le système m-Presa utilise des barrages à contreforts en acier solides et de longue durée pour créer des retenues d’eau capables de stocker des centaines, voire des milliers de MWh d’énergie pour fournir de l’électricité pendant les périodes de demande de pointe et fournir des services auxiliaires pour la stabilité du réseau », a déclaré Wittmeyer. « Une unité PSH utilisant le système m-Presa peut être construite en moins de la moitié du temps nécessaire pour les unités PSH traditionnelles qui utilisent des remblais en terre ou des barrages en béton pour retenir l’eau. »

Le système m-Presa sera présenté au stand 313 lors de la Clean Currents Conference à Cincinnati du 10 au 13 octobre.

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