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Quand le stockage thermique valorise la chaleur fatale

Frédéric Monflier
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Quand le stockage thermique valorise la chaleur fatale

Des accumulateurs récupèrent la chaleur et forment une réserve qui diminue la consommation énergétique. Le stockage sensible est arrivé à maturité commerciale.

Emmagasiner la chaleur perdue par les procédés de fabrication, puis la réinjecter ultérieurement dans le cycle de production : le stockage d’énergie thermique contribue à réduire la facture énergétique et les émissions de CO2. Il est d’autant plus intéressant quand le procédé émettant la chaleur – la source – et celui la recevant – le puits – sont déphasés. L’industriel se constitue une réserve de chaleur disponible en différé et issue d’une énergie qu’il a déjà payée.

Le gisement est vaste : la chaleur fatale rejetée par l’industrie française représente un total de 109,5 térawattheures (TWh), dont près de la moitié est à plus de 100 °C, d’après l’estimation de l’Ademe en 2017. Sa valorisation est un enjeu essentiel pour décarboner la production industrielle. Dans cette optique, l’efficacité énergétique se place en priorité, devant l’utilisation des énergies renouvelables, le recyclage ou encore la captation du carbone. Le stockage thermique peut s’inscrire dans cette démarche.

Répondre aux consommations intermittentes

Voilà une idée ancienne que des fabriques artisanales pratiquaient au siècle dernier et que l’industrie lourde met parfois en place, à l’échelle de la centaine de méga­wattheures (MWh). Aujourd’hui, et c’est la nouveauté, une offre commerciale intermédiaire et spécialisée se développe, de quelques MWh à quelques dizaines de MWh. En France, la société d’ingénierie Eco-Tech Ceram, fondée en 2014, propose l’Eco-Stock, qui peut accumuler 2 MWh de chaleur à plusieurs centaines de degrés ­Celsius. Le premier exemplaire commercial a été livré en 2019 chez Tegulys, un fabricant de tuiles implanté en Corrèze.

Eco-Tech Ceram prospecte les consommateurs de gaz naturel pour la cuisson à haute température – verre, céramique… – et la filière métallurgique. Sa solution répond aux consommations intermittentes, sinon un échangeur thermique standard fait l’affaire pour récupérer la chaleur en direct et en continu.

Toujours en France, l’entreprise Idhelio commercialise HelioStore, qui peut être couplé à la centrale solaire HelioSmart. L’un et l’autre participent au séchage des fruits chez Fruit Gourmet, dans le Lot-et-­Garonne. À l’étranger, l’allemand Kraftblock a équipé un fabricant de céramiques. « La chaleur récupérée sert à préchauffer le four et l’air des brûleurs, détaille ­Martin Schichtel, le dirigeant de Kraftblock. L’économie d’énergie primaire avoisine les 17 % et les émissions de CO2 baissent de 330 tonnes par an. » L’américain Alumina Energy et le norvégien EnergyNest proposent aussi des solutions, le second ayant livré sa première batterie thermique à Eni, en ­octobre 2020.

Ces systèmes peuvent servir à ­stocker et déstocker de l’électricité (power to heat-heat to power). Eco-Tech Ceram travaille sur le sujet avec un fournisseur français de gaz industriel, qui utilise de la chaleur pour produire son électricité. « La batterie thermique pourrait être l’intermédiaire entre la batterie électro­chimique et le barrage hydro-­électrique », indique Antoine Meffre, le président d’Eco-Tech Ceram.

Les calories sont emmagasinées grâce au principe de la chaleur sensible : la température du matériau croît à mesure de l’apport de calories, sans changement d’état. Selon l’échelle TRL (Technology readiness level) exprimant le degré de maturité d’une technologie, cette technique est la plus avancée, ayant abouti aux offres commerciales susmentionnées. Et pour cause : elle n’est pas très complexe, s’adapte à une gamme de températures de 80 °C à plusieurs centaines de degrés Celsius et fait appel à des matériaux de stockage peu onéreux et presque inusables. Idhelio exploite de la roche naturelle, qui peut être excavée à proximité du site, et EnergyNest des cylindres de béton.

Matériaux conventionnels

Auteur d’une thèse sur l’élaboration de matériaux de stockage à partir des déchets d’amiante, Antoine Meffre a opté pour des céramiques achetées auprès de vendeurs de matériaux conventionnels : « La valorisation des déchets, même inertes, pose des difficultés réglementaires et économiques pour ce type de production industrielle. Ces matériaux conventionnels ne représentent que 5 à 10 % du coût total de la solution en fin de compte. »

De façon générale, la densité énergétique de ces systèmes de stockage sensible est proportionnelle à la différence de température entre les niveaux de charge et de décharge. Elle atteint 213 kWh/m3 pour l’Eco-Stock. Kraftblock annonce une densité de 1,2 MWh/m³, grâce au laitier d’acier.

Bien qu’il puisse[…]

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