Un ballon de glace, à quoi ça sert ?

Stocker le froid comme on stocke le chaud dans un cumulus ? C’est ce que permet la start-up française Boreales Energy, avec des économies d’électricité substantielles à la clé, voire la possibilité d’utiliser de l’électricité photovoltaïque pendant la journée.

La France consomme environ 6 % de son électricité pour produire du froid, soit 30 TWh/an, d’après l’Observatoire des réseaux de chaleur et de froid. Cela représente une consommation conséquente, de l’ordre de ce que peuvent produire 4 réacteurs nucléaires de 900 MW, ou encore ce que consomme l’équivalent d’environ 6 millions de foyers.

Pour réduire les dépenses énergétiques, nous avons l’habitude, lorsque cela est possible, de reporter les consommations électriques aux heures creuses, périodes au cours desquelles l’électricité est la moins chère. Ainsi, nos chauffe-eau électriques sont programmés pour se déclencher lors de ces périodes et pour emplir le ballon d’eau chaude ; nous constituons ainsi un stock de chaleur, donc d’énergie, pour la journée suivante, de façon à ne pas avoir à la consommer lorsque l’électricité est la plus chère.

Le même concept est applicable pour la production de froid. En effet, un stock d’une substance froide est un stock d’énergie, au même titre qu’un stock de chaleur. Produire du froid pendant les heures creuses pour le consommer plus tard lorsque l’électricité est plus chère est donc tout aussi pertinent. Et cela l’est d’autant plus pour les applications qui ont besoin de produire un refroidissement rapide pendant une courte période de temps réduite, ce qui conduit à l’appel brutal d’une grande quantité de puissance.

C’est le cas du lait, par exemple, qui, chaque matin et chaque soir, doit être refroidi par milliers de litres de 37 °C à 3 °C afin d’en conserver la qualité. Pour ce type d’application, on comprend tout à fait l’intérêt de se constituer lentement un stock de froid pendant les heures creuses, la nuit, pour le délivrer aux instants ponctuels où le besoin est le plus fort. Outre la réduction de la consommation, cela évite de surdimensionner les systèmes frigorifiques, avec des coûts élevés.

Une start-up française en pointe du stockage de froid

Pour répondre à cette demande, en 2015, une startup baptisée Boreales Energy a été créé. À l’issue de 7 années de recherches et développements, elle propose un produit, baptisé Accumulateur Thermique Statique (ATS), qui repose sur un circuit frigorifique visant à congeler de l’eau dans une cuve, étape appelée la charge. À la fin de cette étape, 85 % de l’eau contenue dans la cuve est transformée en glace, le reste demeurant à l’état liquide. Lorsque le circuit client appelle du froid, cette glace retourne à l’état liquide et produit le froid demandé.

Un ensemble d’innovations techniques permettent des caractéristiques disruptives : une efficacité supérieure de 15 % à 18 % à la concurrence d’après le constructeur, ainsi qu’un encombrement deux à trois fois inférieurs pour la même quantité de glace. Le tout pour un prix compétitif. L’originalité du produit réside également dans sa mise en œuvre : l’ATS peut être intégré seul, ou par ensembles modulaires, dans le système frigorifique de son client. Il peut être également intégrés dans un système livré complet, « Plug & Play », appelé la Blue Ice Bank.

Principe de fonctionnement du Blue Ice Bank de Boreales Energy / Image : Boreales Energy.

Les caractéristiques techniques fournies par Boreales Energy pour l’ATS sont les suivantes : une puissance thermique de 7 kW, et une capacité de 56 kWh de froid stockés dans 600 kg de glace. La charge prend 8 h, de même que la décharge. La durée de cette dernière pouvant être raccourcie à 3 h, pour une puissance de génération de froid multipliée par 2,5. Le système est donc bien adapté au stockage journalier. La température de la glace peut être comprise entre 0 et -40 °C. L’encombrement est réduit, de l’ordre de 1 m³, sous deux configurations : cubique (1 × 1 × 1 m³) ou allongée (0,5 × 2 × 1 m³).

Stocker l’électricité à plus grande échelle

Boreales Energy insiste en outre sur la compatibilité de son système avec des systèmes photovoltaïques. Pourquoi ne pas profiter en effet, de la surproduction solaire ponctuelle, par exemple, le midi en été, pour constituer un stock de froid ? La solution peut participer ainsi à l’équilibre du réseau, par d’une part l’atténuation des pics de production intermittents, et d’autre part avec l’effacement des pics de consommation.

Mais Boreales Energy va plus loin, en lançant le développement d’une version de plus grande ampleur, baptisée STEMS pour Stockage Thermodynamique Électricité Modulaire et Statique.

Principe de fonctionnement du module STEM / Image : Boreales Energy.

Son fonctionnement repose sur deux cycles thermodynamiques exploitant les propriétés de deux substances : d’une part l’eau pure, et d’autre part une saumure, c’est-à-dire de l’eau additionnée d’un sel, lequel porte sa température de congélation à -50 °C. Lors de la charge, le système transforme la saumure liquide en glace, et en décharge, il produit de l’électricité en transformant la glace en saumure liquide par un cycle thermodynamique dit ORC, pour Organic Rankine Cycle. Ce dispositif sera intégré dans deux containers empilés, permettant un déploiement simplifié sur site.

Boreales Energy indique qu’il serait capable de stocker 800 kWh et de délivrer une puissance électrique de 100 kW. Avec un ballon de glace, mais cette fois à l’échelle du conteneur maritime, Boreales Energy envisage donc d’entrer sur le marché du stockage massif d’électricité.