Les barrages agricoles peuvent être convertis en systèmes de stockage d’énergie renouvelable

De nouvelles recherches suggèrent que les réservoirs d’eau agricoles d’Australie pourraient constituer une solution innovante de stockage d’énergie pour les énergies renouvelables variables.

Des dizaines de milliers de sites de stockage d’hydroénergie à petite échelle pourraient être construits à partir des barrages agricoles australiens, favorisant ainsi l’adoption d’énergies fiables, systèmes électriques à faible émission de carbone dans les communautés rurales, suggère une nouvelle recherche menée par l’UNSW-Sydney.

L’étude, publiée dans Énergie appliquée, découvre que les réservoirs agricoles, comme ceux utilisés pour l’irrigation à l’énergie solaire, pourraient être connectés pour former des systèmes de stockage d’énergie hydroélectrique par micro-pompe – des versions à taille domestique du projet de barrage hydroélectrique de Snowy Hydro. Il s’agit de la première étude au monde évaluant le potentiel de ces systèmes à petite échelle en tant que solution innovante de stockage d’énergie renouvelable.

Système d’irrigation agricole. Crédit image : deragustodesign via Pixabay, CC0 Domaine public

Avec l’évolution croissante vers des sources d’énergie variables comme l’éolien et le solaire photovoltaïque, le stockage de l’énergie excédentaire est essentiel pour garantir une alimentation électrique stable et fiable. En d’autres termes, lorsque le soleil n’est pas levé ou que le vent ne souffle pas, l’énergie stockée peut aider à équilibrer l’offre et la demande d’énergie en temps réel et à surmonter les risques de pénurie et de surcharge.

Dans un système de stockage d’énergie hydroélectrique par micro-pompage, l’énergie solaire excédentaire des périodes de production élevée est stockée en pompant de l’eau vers un réservoir en hauteur, qui est ensuite relâchée vers un réservoir en basse altitude lorsque plus d’énergie est nécessaire, circulant à travers une turbine. -générateur connecté pour créer de l’électricité.

Cependant, la construction de nouveaux réservoirs d’eau pour le stockage d’énergie hydroélectrique par micropompe peut s’avérer coûteuse.

« La transition vers des systèmes électriques à faibles émissions de carbone comme l’énergie éolienne et solaire photovoltaïque nécessite des solutions de stockage d’énergie rentables à toutes les échelles », déclare Dr Nicolas Gilmoreauteur principal de l’étude et maître de conférences à École de génie mécanique et manufacturier à Ingénierie UNSW.

« Nous avons pensé : si vous avez la chance géographique de disposer de deux volumes d’eau importants séparés par une altitude suffisante, vous pourriez avoir la possibilité de disposer de votre propre système de stockage d’énergie hydroélectrique. »

Les systèmes de stockage d’énergie hydroélectrique par micropompe stockent l’énergie solaire excédentaire des périodes de production élevée en pompant l’eau vers un réservoir en hauteur, qui est ensuite relâchée vers un réservoir en basse altitude lorsque davantage d’énergie est nécessaire. Crédit image : UNSW

Libérer le potentiel inexploité des barrages agricoles

Pour l’étude, l’équipe, qui comprenait également des chercheurs de l’Université Deakin et de l’Université de technologie de Sydney, a utilisé l’imagerie satellite pour créer des paires de réservoirs agricoles uniques à travers l’Australie à partir d’un ensemble de données de 2021 sur les barrages agricoles.

Ils ont ensuite utilisé des algorithmes de théorie des graphes – une branche des mathématiques qui modélise la manière dont les nœuds peuvent être organisés et interconnectés – pour filtrer les sites commercialement prometteurs en fonction de leur capacité et de leur pente minimales.

« Si vous avez de nombreux barrages à proximité, il n’est pas viable de les relier dans toutes les combinaisons », explique Dr Thomas Britzco-auteur de l’étude et maître de conférences à UNSW Sciencec’est École de mathématiques et de statistique. Nous utilisons donc ces algorithmes de théorie des graphes pour relier les meilleures configurations de barrages avec une capacité énergétique raisonnable.

Sur près de 1,7 million de barrages agricoles, les chercheurs ont identifié plus de 30 000 sites à travers l’Australie comme prometteurs pour le stockage d’énergie hydroélectrique par micropompe. Un site moyen pourrait fournir jusqu’à 2 kW de puissance et 30 kWh d’énergie utilisable – suffisamment pour sauvegarder une maison d’Australie du Sud pendant 40 heures.

« Nous avons identifié des dizaines de milliers de sites potentiels où des systèmes de stockage d’énergie hydroélectrique par micropompe pourraient être installés sans entreprendre de construction coûteuse de réservoirs », explique le Dr Gilmore. « Cela représente des milliers de foyers qui pourraient potentiellement augmenter leur utilisation de l’énergie solaire, économiser de l’argent sur leurs factures d’énergie et réduire leur empreinte carbone. »

L’équipe de recherche a également comparé un site hydroélectrique micro-pompé à une batterie lithium-ion disponible dans le commerce dans les systèmes d’irrigation à énergie solaire. Malgré une faible efficacité de décharge, ils ont constaté que le stockage hydraulique par pompage était 30 % moins cher pour une charge importante à cycle unique en raison de sa capacité de stockage élevée.

« Bien que la dépense initiale pour un système de stockage d’énergie hydroélectrique par micropompe soit plus élevée que celle d’une batterie, les avantages sont une plus grande capacité de stockage et une durabilité potentielle pendant des décennies », explique le Dr Gilmore. « Mais ce coût est de toute façon considérablement réduit en capitalisant sur les réservoirs existants, ce qui présente également l’avantage supplémentaire d’un moindre impact environnemental. »

La construction de systèmes hydroélectriques micropompés à partir de barrages agricoles existants pourrait également aider les zones rurales sujettes aux pannes de courant qui ont besoin d’une source d’énergie de secours sûre et fiable. L’alimentation de secours par batterie est généralement limitée à moins d’une demi-journée, tandis que les générateurs, bien que puissants, dépendent d’un approvisionnement en carburant abordable et produisent des émissions nocives.

« Les personnes situées en marge du réseau électrique peuvent être plus exposées aux pannes de courant et l’approvisionnement peut être moins fiable », explique le Dr Gilmore. « En cas de panne de courant lors d’un feu de brousse, par exemple, un système hydroélectrique à pompage vous fournira suffisamment d’énergie pour durer une journée, alors qu’une batterie dure généralement environ huit heures. »

Bien qu’encourageantes, les chercheurs affirment que certaines limites de l’étude nécessitent une analyse plus approfondie, notamment les fluctuations de la disponibilité de l’eau, la programmation des pompes et l’efficacité du rejet.

« Nos résultats sont encourageants pour le développement ultérieur de cette technologie émergente, et il existe de nombreuses possibilités d’améliorations technologiques futures qui rendront ces systèmes de plus en plus moins chers au fil du temps », déclare le Dr Gilmore.

« La prochaine étape consisterait à créer un site pilote, à tester les performances d’un système en action et à le modéliser en détail pour obtenir une validation réelle : nous avons 30 000 candidats potentiels !

Source: UNSW