Utiliser des mines abandonnées comme réservoirs de stockage des énergies renouvelables

La part croissante des énergies renouvelables (solaire et éolien) dans le mix énergétique oblige à penser à des systèmes de stockage pour faire face à l’intermittence de leur production d’électricité. Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) et l’hydrogène par électrolyse de l’eau sont actuellement les deux alternatives les plus envisagées pour le stockage de longue durée. Dans une étude publiée dans la revue Energies, une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’IIASA (International Institute for Applied Systems Analysis), un institut de recherche en Autriche, propose un nouveau mode de stockage original, consistant à valoriser des sites miniers abandonnés.

La technique, appelée Underground Gravity Energy Storage (UGES), consiste à utiliser le principe de la gravité. Concrètement, un arbre vertical est installé à l’intérieur de la mine sur lequel sont placés des moteurs/générateurs électriques qui permettent de soulever ou d’abaisser des conteneurs remplis de sable. Le principe est simple : en cas de surplus d’énergie dans le réseau électrique, lors d’une journée très ensoleillée par exemple, le dispositif stocke l’électricité en soulevant le sable pour le déposer sur des sites de stockage supérieurs situés au sommet de la mine. Et à l’inverse, quand le réseau vient à manquer d’électricité, il suffit de convertir l’énergie potentielle du sable en le redescendant vers un réservoir inférieur situé au fond du puits. Grâce à un freinage régénératif et un alternateur associé, cette énergie est alors transformée en électricité, pour être ensuite injectée dans le réseau.

Ce système nécessite d’utiliser des excavatrices pour extraire le sable des sites de stockage supérieur et inférieur ainsi que des camions électriques à benne basculante ou des bandes transporteuses afin d’alimenter les conteneurs en sable. Pour optimiser la capacité de puissance, les conteneurs de sable dans le puits occupent environ la moitié du volume du puits, tandis que l’autre moitié de l’espace sert à remplir et à vider les conteneurs de sable. Les auteurs soulignent que plus le puits de la mine est profond et large, et plus la puissance extraite peut être importante. De la même manière, plus le volume dans la mine est élevé et plus la capacité de stockage d’énergie de l’installation l’est aussi.

Pour une capacité de stockage d’énergie d’une mine de 4 millions de tonnes de sable et d’un dénivelé moyen de 200 mètres, le système décrit dans l’étude a un potentiel de stockage de 1,74 GWh. Les coûts d’investissement sont estimés entre 1 et 10 dollars par kWh, tandis que les coûts de capacité électrique s’élèvent à 2 000 dollars par kW. « Les mines disposent déjà de l’infrastructure de base et sont connectées au réseau électrique, ce qui réduit considérablement les coûts et facilite la mise en œuvre des centrales UGES », explique Julian Hunt, chercheur au sein du programme IIASA Energy, Climate, and Environment et auteur principal de l’étude.

Des millions de mines fermées dans le monde

Contrairement au stockage d’énergie grâce aux batteries chimiques, cette technologie de stockage d’énergie gravitationnelle utilise du sable, ce qui signifie que le taux d’autodécharge du système est nul, et permet des durées de stockage d’énergie importantes allant de quelques semaines à plusieurs années. De plus, l’utilisation de sable comme support de stockage atténue tout risque de contamination des ressources en eau souterraine.

Actuellement, il est difficile d’estimer avec précision la quantité de mines fermées ou abandonnées, mais leur nombre pourrait se compter par millions à travers le monde. Les auteurs estiment que cette technologie a un potentiel mondial compris entre 7 à 70 TWh, et que la majeure partie des mines se concentrent en Chine, en Inde, en Russie et aux États-Unis.

« Pour décarboner l’économie, nous devons repenser le système énergétique en nous basant sur des solutions innovantes utilisant les ressources existantes. Transformer les mines abandonnées en stockage d’énergie est un exemple des nombreuses solutions qui existent autour de nous, et nous n’avons qu’à changer la façon dont nous les déployons », conclut Behnam Zakeri, co-auteur de l’étude et chercheur au sein du programme IIASA Energy, Climate, and Environment.