Stockage d’énergie par gravité dans les immeubles de grande hauteur : une révolution énergétique urbaine

« `html

Une innovation prometteuse émerge dans le domaine du stockage d’énergie renouvelable : des chercheurs canadiens proposent d’utiliser les immeubles de grande hauteur comme infrastructures de stockage d’énergie par gravité. Cette approche combine plusieurs technologies vertes pour créer des bâtiments autonomes en énergie.

Le système hybride de stockage d’énergie gravitationnelle

Des chercheurs de l’Université de Waterloo ont développé un système de stockage d’énergie par gravité spécifiquement conçu pour les gratte-ciel urbains. Ce système innovant fonctionne avec trois sources d’énergie renouvelable :

• Façades photovoltaïques sur les murs sud, est et ouest
• Petites éoliennes installées sur les toits
• Batteries lithium-ion pour la réponse rapide

Le système gravitationnel sert de solution de stockage principale, tandis que les batteries lithium-ion interviennent uniquement lors des pics de demande ou de production exceptionnelle.

Fonctionnement du mécanisme de stockage par gravité

Le principe est élégant dans sa simplicité : pendant les périodes de production excédentaire d’énergie renouvelable, un treuil électrique soulève des blocs lourds en acier ou béton à travers une gaine spéciale. Lorsque l’énergie est nécessaire, ces masses descendent sous l’effet de la gravité, actionnant un générateur qui produit de l’électricité.

Ce mécanisme opère à des vitesses similaires aux ascenseurs conventionnels, utilisant une unité moteur-générateur, des câbles de levage et des engrenages de transmission. La technologie a déjà fait ses preuves à échelle réduite, comme l’explique Muhammad A. Hassan, auteur principal de l’étude.

Validation commerciale et projets pilotes

La faisabilité technique a été démontrée par Gravitricity, une entreprise pionnière dans le domaine. Leurs réalisations incluent :

• Un prototype de 250 kW avec hauteur de 15 mètres au port de Leith à Édimbourg
• Deux poids suspendus de 25 tonnes chacun
• Deux générateurs connectés au réseau électrique
• Deux projets commerciaux à grande échelle lancés depuis 2021 (4 MW et 8 MW)

Analyse économique et performance du système

Les chercheurs ont modélisé 625 configurations de bâtiments différentes, prenant en compte divers paramètres architecturaux. Leur analyse multi-objectifs a révélé des résultats économiques encourageants :

• Coût actualisé de l’énergie (LCOE) entre 0,048 €/kWh et 0,106 €/kWh
• Coûts d’électricité réseau entre 0,185 €/kWh et 0,843 €/kWh
• Délais de retour sur investissement de 9 à 17 ans
• Retour sur investissement actualisé inférieur à 25 ans dans la majorité des cas

Facteurs influençant la performance économique

L’étude a identifié que les bâtiments plus hauts avec de grandes surfaces au sol atteignent généralement un LCOE plus faible, mais présentent des coûts réseau plus élevés. La capacité du système de stockage doit augmenter proportionnellement à l’intensité énergétique du bâtiment.

Ces performances sont comparables à d’autres systèmes d’énergie renouvelable intégrés aux bâtiments, particulièrement dans les régions comme le Canada où les ressources renouvelables sont limitées.

Défis et perspectives de commercialisation

Bien que les principes mécaniques soient éprouvés, la fiabilité en conditions réelles sur le long terme reste à démontrer. L’adoption massive dépendra de la capacité de ces systèmes à surpasser les solutions alternatives sur l’ensemble de leur cycle de vie.

Selon les analyses indépendantes, la maturité commerciale complète pourrait être atteinte vers la fin des années 2020, après quelques années de collecte de données opérationnelles provenant des projets pilotes actuels. La technologie est déjà commercialement viable à petite échelle, mais nécessite des déploiements plus importants pour bénéficier d’économies d’échelle significatives.

Avantages compétitifs du stockage gravitationnel

Contrairement aux batteries chimiques qui se dégradent avec le temps, les systèmes de stockage par gravité maintiennent leur capacité tout au long de leur durée de vie. Ils sont particulièrement adaptés pour les applications nécessitant une fourniture d’énergie stable sur plusieurs heures, voire plusieurs jours.

La publication complète de ces recherches est disponible dans la revue Applied Science sous le titre « Building geometry-aware lifecycle optimization of hybrid renewable energy systems with solid gravity storage ».

« `