À travers le monde, les pays cherchent des moyens de passer des combustibles fossiles aux énergies renouvelables. Cependant, l'un des principaux défis auxquels ils sont confrontés est la génération irrégulière d'électricité à partir de sources renouvelables telles que le vent et le solaire, qui ne correspondent souvent pas aux périodes de consommation énergétique élevée. Par exemple, l’énergie solaire peut générer une surabondance d’énergie en été, qui est ensuite gaspillée. Inversement, il n'y a pas suffisamment d'énergie générée pour répondre aux besoins pendant les soirées et les hivers. Cependant, si l'énergie excédentaire des sources renouvelables pouvait être capturée et stockée pour une utilisation ultérieure, cela contribuerait considérablement à permettre une transition totale vers une indépendance des combustibles fossiles.

Lukas Wehmeyer, Development Engineer, Kanthal.« Ce défi encourage le développement de nouveaux systèmes de stockage d'énergie, mais beaucoup d'attention est portée sur les solutions basées sur les batteries », affirme Lukas Wehmeyer, ingénieur en développement chez Kanthal. « En réalité, les batteries ne sont pas capables de stocker la quantité d'énergie requise. » Nous parlons de mégawattheures dans une fourchette à deux ou trois chiffres. Une alternative, qui selon nous pourrait atteindre cette capacité plus rapidement, est le stockage d'énergie thermique. »

Qu’est-ce que le stockage d’énergie thermique ?

Le principe de base est que l'excès d'énergie - de préférence provenant d'une source renouvelable - est utilisé pour alimenter un dispositif de chauffage électrique à air, qui est ensuite utilisé pour chauffer un matériau rocheux, tel que du sable ou de la roche volcanique. La chaleur peut ensuite être stockée dans la roche pendant une période pouvant aller jusqu'à deux mois. Pour la libérer, de l'air froid est réintroduit dans le système, où il génère de la vapeur au contact de la roche volcanique, convertissant ainsi essentiellement la chaleur en énergie de nouveau, pouvant être injectée dans le réseau électrique. En réaménageant des centrales électriques désaffectées, les cycles de vapeur existants peuvent continuer à être utilisés, ce qui rend le stockage thermique également une option rentable.

Nous croyons pouvoir jouer un rôle crucial dans le développement d'un système de stockage d'énergie thermique viable.

Alba García-Hernández, Development Engineer, Kanthal.« Nous pensons pouvoir jouer un rôle important dans le développement d'un système de stockage d'énergie thermique viable en utilisant notre expertise pour concevoir le système de chauffage », déclare Alba García-Hernández, ingénieur en développement chez Kanthal. « "Il y a un énorme potentiel sur le marché pour une solution de ce type. »

Actuellement, une équipe basée en Allemagne est en train de concevoir et de fabriquer un prototype capable de chauffer l'air jusqu'à 800 °C. Plus tard cette année, il sera déplacé vers les installations de Kanthal à Hallstahammar, en Suède, pour des tests de performance.

« Nous avons effectué nos calculs analytiques, nous avons réalisé des simulations numériques comme les simulations de flux de fluides et de transfert de chaleur - maintenant, nous devons simplement valider ces simulations et vérifier les résultats », déclare Lukas. « Nous voulons vraiment pousser les limites de la technologie, en termes de températures de sortie, de températures des éléments et de flux de fluide traversant le dispositif de chauffage. « Concevoir une solution prometteuse sur papier et à travers des calculs est une chose, mais ce qui compte vraiment, c'est de vérifier son efficacité en conditions réelles. »

Une technologie qui a fait ses preuves utilisée dans un nouveau contexte

Le prototype est fondé sur la technologie du porc-épic de Kanthal, conçue initialement dans les années 1970 et actuellement intégrée dans cassettes de chauffage à air Kanthal®. La conception unique de la technologie permet à une très grande partie de la surface de l'élément d'être en contact avec l'air, en vue d'optimiser le transfert de chaleur. Le prototype peut produire 1,3 mégawatt et si les tests sont concluants, la prochaine étape consistera à passer à une échelle beaucoup plus grande.

« Si les résultats des tests confirment que nos simulations sont correctes, alors nous saurons que les mécanismes sont corrects », déclare Alba. « Ensuite, il s'agit simplement de passer à plus grande échelle et ce n'est pas la partie la plus difficile du projet. « Si les tests sont concluants, nous avons montré au marché que nous pouvons fournir une solution qui fonctionne, et nous pouvons fournir les données pour le prouver. »

Outre le stockage d'énergie thermique, le nouveau système de chauffage offre également un énorme potentiel dans plusieurs autres processus nécessitant d'importantes quantités d'air chaud, tels que les processus de séchage dans l'industrie céramique. L'objectif est d'étendre la technologie pour qu'elle puisse également exploiter ces opportunités.