En route vers un CO 2 -système énergétique neutre, le stockage de grandes quantités d'énergie reste un problème non résolu. À l'avenir, Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), le Centre aérospatial allemand (DLR), et l'Université de Stuttgart prévoient de développer conjointement des systèmes de stockage d'énergie appropriés. Dans ce but, les institutions de recherche se sont maintenant mises d'accord sur la mise en place d'une infrastructure de recherche, le Démonstrateur National de Stockage Isentropique d'Energie (NADINE). L'installation d'essai pour le développement de systèmes de stockage d'énergie à l'échelle des centrales électriques sera construite à Karlsruhe et à Stuttgart.

Des systèmes de stockage d'énergie capables de faire face aux fluctuations de la production d'électricité éolienne et solaire sont indispensables à la réussite de la transition énergétique. Jusque là, cependant, Les systèmes de stockage indépendants de l'emplacement et à faible coût à l'échelle des centrales électriques font toujours défaut. Pour cette raison, TROUSSE, DLR, et l'Université de Stuttgart prévoient la construction conjointe du centre de recherche NADINE (Démonstrateur national de stockage d'énergie isentropique) pour le développement de systèmes de stockage d'énergie à faible coût et presque sans perte. Avec l'aide de NADINE, il est prévu d'étudier l'utilisation des métaux liquides pour de nouveaux systèmes de stockage thermique. La conception exacte de l'installation de recherche est actuellement en cours d'élaboration dans le cadre d'un projet d'une durée de 18 mois qui a débuté au début de cette année. Le projet de conception est financé par le ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie et le ministère de l'Économie du Bade-Wurtemberg. Le 08 octobre, En 2018, les trois instituts de recherche ont signé un accord à Stuttgart sur la mise en place de l'infrastructure de recherche à Karlsruhe et à Stuttgart.

"Les grands défis auxquels la société est confrontée, comme la transition énergétique, ne peut être maîtrisé qu'en unissant ses forces et en coopérant étroitement, " dit le professeur Oliver Kraft, Vice-Président du KIT pour la Recherche. « Je suis très heureux que nous puissions apporter notre expertise dans le domaine des technologies des métaux liquides à NADINE. Avec nos partenaires, nous pousserons de manière décisive le développement des systèmes de stockage d'énergie à l'échelle des centrales électriques dont nous avons un besoin urgent." La nouvelle collaboration de recherche est coordonnée par le DLR. Professeur Pascale Ehrenfreund, qui préside le conseil d'administration du DLR, déclare :« La transition énergétique est l'un des enjeux pressants de notre société. Avec le développement des systèmes de stockage, Le DLR travaille sur des solutions pour l'un des sujets clés de la recherche énergétique. Des systèmes de stockage efficaces peuvent garantir un approvisionnement énergétique fiable avec une proportion sans cesse croissante de sources d'énergie renouvelables. De plus, les grands systèmes de stockage thermique peuvent contribuer à réduire le CO 2 émissions des centrales au charbon après leur reconstruction en centrales de stockage de chaleur dans le monde.

Batteries Carnot dans les anciennes centrales à charbon

Le stockage de l'énergie électrique à l'échelle du gigawattheure est déjà possible avec les centrales électriques à pompe et les systèmes de stockage par batterie. Cependant, il n'est guère possible de construire d'autres centrales de pompage-turbinage en Allemagne. Les systèmes de stockage par batterie de cette dimension sont trop chers et n'ont pas une durabilité suffisante. Le concept de NADINE couvre le développement de systèmes de stockage d'énergie flexibles et presque sans perte, systèmes de stockage dits isentropiques. Un processus isentropique se déroule dans un système fermé sans aucun échange de chaleur ou de masse avec l'environnement. Un concept très prometteur pour un système de stockage isentropique est la batterie Carnot. Ici, l'électricité est convertie en chaleur à l'aide de pompes à chaleur et, si nécessaire, retour à l'électricité. La mise en œuvre de telles centrales électriques de stockage de chaleur à grande échelle est possible en utilisant l'infrastructure existante des centrales électriques au charbon déclassées. Dans l'accord de coalition, le gouvernement fédéral a déclaré son intention de le faire en tant que contribution à la protection du climat.

L'infrastructure de recherche NADINE sera conçue pour trois niveaux de température typiques dans les systèmes de stockage d'énergie et les convertisseurs. A Stuttgart, un laboratoire basse température et un laboratoire haute température pour des technologies allant jusqu'à 700°C environ sont prévus. Ils seront utilisés pour étudier des concepts innovants de batteries Carnot. « Par une combinaison intelligente de pompes à chaleur, systèmes de stockage de chaleur et de froid, et moteurs thermiques, nous ne pouvons pas seulement stocker de l'énergie électrique, mais générer des bénéfices supplémentaires, comme le refroidissement des centres de calcul, " dit le professeur André Thess, coordinateur de NADINE et directeur du DLR Institute of Engineering Thermodynamics. Le module pour les températures supérieures à 600°C sera construit à Karlsruhe. Elle sera appliquée à l'étude de l'utilisation des métaux liquides pour les batteries Carnot et les dispositifs de stockage thermique. "Les métaux liquides ont d'excellentes propriétés de transfert de chaleur et peuvent être utilisés à très haute température, " déclare le professeur Thomas Wetzel de l'Institut de génie des procédés thermiques du KIT. " La recherche sur la technologie des métaux liquides se concentre actuellement sur le développement de procédés innovants prometteurs pour la conversion hautement efficace de la chaleur en énergie électrique et en combustibles, parfaitement adaptés au concept NADINE." Aux laboratoires NADINE, les dissipateurs et sources de chaleur seront mis à disposition via une « plateforme thermique ». Ici, des composants individuels et des systèmes énergétiques isentropiques complets seront étudiés de la même manière que le travail en soufflerie. Les chercheurs testeront comment les différentes unités de stockage doivent être conçues, quels matériaux sont adaptés, et comment les composants individuels interagissent de la meilleure façon possible.

La recherche sur les systèmes de stockage d'énergie thermique à grande échelle est de plus en plus populaire dans la communauté scientifique internationale. Le lauréat du prix Nobel de physique Robert Laughlin de l'Université de Stanford était l'invité d'honneur lors de la signature de l'accord sur la création de NADINE. Laughlin est l'initiateur du projet de stockage MALTA de Google X. Dans une conférence donnée à l'Université de Stuttgart, il a prôné le stockage thermique de l'électricité qu'il s'agit désormais de développer dans le cadre de NADINE.