Les batteries thermiques pourraient réduire de moitié les coûts de chauffage industriel aux États-Unis

Les secteurs de l’énergie et des transports ont tendance à faire la une des journaux lorsqu’il s’agit de réduire la pollution par les gaz à effet de serre (GES), mais nous devons nous attaquer à une source d’émissions importante et croissante pour atteindre nos objectifs climatiques : l’industrie.

Les installations industrielles américaines sont directement responsables d’environ un quart des émissions de gaz à effet de serre du pays. Environ 84 % des émissions industrielles liées à l’énergie proviennent de la combustion de combustibles fossiles pour fournir de la chaleur aux processus de fabrication tels que la fusion des métaux, la formation des plastiques et la conduite de réactions chimiques. La décarbonisation de la chaleur industrielle est cruciale pour respecter les engagements de réduction des émissions des États-Unis.

Heureusement, une nouvelle technologie propre – les batteries thermiques industrielles – pourrait être la solution pour réduire les émissions industrielles de gaz à effet de serre et réduire les coûts de l’énergie industrielle. Ces batteries pourraient réduire le coût de l'électricité pour le chauffage industriel de 50 à 63 %, modifiant fondamentalement la prise de décision des entreprises concernant l'électrification des équipements de chauffage industriel tout en répondant jusqu'à 90 % des demandes de chaleur des processus industriels.

Une batterie thermique convertit l'électricité en chaleur, stocke la chaleur pendant des heures ou des jours et peut fournir de la chaleur à des températures allant jusqu'à 1 500 à 1 700 °C lorsque l'utilisateur industriel a besoin de chaleur avec un rendement aller-retour de 95 %. L'illustration ci-dessous montre comment une batterie thermique se charge avec une résistance électrique, puis libère de la chaleur via du gaz chaud ou de la lumière visible et infrarouge.

Schéma de la batterie thermique

Une nouvelle recherche d’Energy Innovation modélise les coûts, les économies et les performances des batteries thermiques. La recherche montre que ces batteries peuvent fournir une chaleur fiable entre 35 et 62 dollars par mégawattheure (MWh) de production thermique, ramenant les coûts de production de chaleur à partir de l'électricité à un niveau compétitif avec le maintien de l'exploitation des équipements au gaz naturel existants.

Les pompes à chaleur industrielles ont un impact similaire sur la rentabilité, mais les batteries thermiques fonctionnent sur une plage de températures beaucoup plus large que les pompes à chaleur, élargissant considérablement les types de processus de chauffage qui peuvent être électrifiés de manière rentable.

Pour aider à accélérer le déploiement des batteries thermiques, le gouvernement devrait utiliser des programmes de financement (tels que le Advanced Energy Project Credit et le Advanced Industrial Facilities Deployment Program), et l'IRS devrait publier des directives confirmant que les batteries thermiques sont éligibles au 45X Advanced Manufacturing Production. Crédit.

En 2022, les industries américaines ont utilisé environ 12 600 pétajoules de combustibles (hors matières premières), presque toutes pour fournir de la chaleur à des températures inférieures à 1 000 °C pour des applications telles que la production de vapeur ou des équipements de chauffage tels que des fours ou des fours. Les batteries thermiques sont bien adaptées pour fournir cette chaleur. Bien que quelques procédés posent des problèmes aux batteries thermiques (comme la fabrication d’acier primaire) ou nécessitent une précision extrême (comme le soudage oxyacétylène), ils représentent moins de 5 % de la consommation d’énergie industrielle des États-Unis. Par conséquent, les batteries thermiques industrielles disposent d’un vaste marché potentiel et d’un potentiel de réduction des gaz à effet de serre.

Consommation d’énergie manufacturière aux États-Unis par plage de température 2022

Il existe deux approches pour faire fonctionner les batteries thermiques. Les batteries de suivi de génération permettent aux installations industrielles de mieux utiliser la production éolienne et solaire hors réseau. Les batteries thermiques à la recherche de prix permettent aux installations connectées au réseau d’acheter leur électricité aux heures où elle est la moins chère. Des hybrides de ces approches sont également possibles.

Les industries qui achètent de l’électricité sur le réseau doivent payer le tarif de détail, qui couvre non seulement le coût de production de l’électricité, mais aussi les frais de transport, de distribution et les frais généraux associés. Une installation peut acheter de l'électricité à moindre coût en travaillant directement avec un projet solaire ou éolien, en utilisant des batteries thermiques pour compenser la variabilité solaire et éolienne, rendant ainsi une chaleur à faible coût disponible de manière fiable pour un usage industriel.

Cette fiabilité est fonction des heures de stockage de chaleur de la batterie et du taux de réduction de l'électricité, ou de la volonté d'avoir une production excédentaire d'électricité pendant les heures les plus ensoleillées et les plus venteuses afin d'en avoir suffisamment pendant de longues périodes de production moindre. Les composantes du coût de la chaleur fournie par une batterie thermique sont présentées ci-dessous pour un emplacement en Californie qui repose uniquement sur l'énergie solaire et un emplacement au Texas qui repose sur un mélange d'énergie éolienne et solaire. Les coûts sont plus élevés dans les endroits qui dépendent entièrement de l'énergie solaire, car une batterie thermique plus grande (et plus de réduction) est nécessaire pour fournir de la chaleur de manière fiable par rapport à l'endroit desservi par un mélange d'énergie éolienne et solaire.