Stockage de l'énergie

Introduction

La grande complexité des énergies renouvelables est bien souvent l'intermittence de la production de l'énergie électrique.

Un moyen de stockage de l’énergie efficace améliorait l’efficacité et favoriserait l’insertion des énergies renouvelables variables.

À quoi sert le stockage de l’énergie ?

Problématique

L'électricité doit être produite en même temps qu'elle est consommée car elle ne se stocke pas ou très mal dans des grandes quantités.

Definition

Le stockage permet de décaler l’usage dans le temps de l'énergie. Actuellement il est essentiellement utilisé pour des appareils mobiles (téléphones, ordinateurs) mais surtout pour les véhicules et les machines mobiles.

Le stockage de l’énergie concerne aussi bien la chaleur que l’électricité. Il consiste à « accumuler » l’énergie en vue d’une utilisation ultérieure en un lieu qui peut être identique ou différent du lieu de production. Les batteries sont l’un des moyens les plus communs, mais pose des problèmes d'efficacités et d'utilisation de ressources naturelles.

Stockage de l'énergie pour le réseau électrique

Ce type de stockage est intéressant pour :

compenser les fluctuations rapides des énergies renouvelables variables et stabiliser la production (problème de fréquence et tension).
Stocker de l'énergie lorsque l'offre est excédentaire et de la restituer lorsque la demande est élevée, contribuant ainsi à réguler le réseau électrique et à assurer une alimentation sure et stable en électricité.
Favoriser l'auto production des particuliers pour une meilleure indépendance énergétique.

Comment stocker l'énergie ?

L’électricité est un vecteur très pratique pour le transport de l’énergie, mais difficile à stocker sous sa forme propre. Elle est donc généralement transformée pour être stockée sous une autre forme : énergie mécanique, thermique ou chimique par exemple. Au contraire, l’énergie thermique est généralement stockée sous sa forme originale (chaleur).

Stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)

Leur principe repose sur l'exploitation de deux réservoirs d'eau situés à des altitudes différentes.

Lorsque la demande d'électricité est faible, l'énergie excédentaire est utilisée pour pomper de l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, situé à une altitude plus élevée. Cette opération consomme de l'électricité, mais elle stocke en réalité l'énergie potentielle gravitationnelle, car l'eau est maintenant à une altitude supérieure.

Lorsque la demande d'électricité est élevée, l'eau est relâchée du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur en passant par des turbines. Cette action fait tourner les turbines, générant de l'électricité en convertissant l'énergie potentielle en énergie cinétique, puis en énergie électrique grâce à des générateurs.

Stockage gravitationnel

Le principe de base repose sur le fait que l'énergie potentielle gravitationnelle augmente lorsque vous soulevez un objet contre la gravité, et elle est libérée lorsque l'objet redescend.

Voici comment cela fonctionne généralement :

Élévation d'un poids : Une masse, généralement un grand poids, est soulevée à une certaine hauteur au-dessus du sol. Cela peut être fait en utilisant de l'électricité pour actionner un moteur qui soulève le poids, stockant ainsi de l'énergie potentielle gravitationnelle.
Stockage d'énergie : Pendant les périodes où l'électricité est abondante et moins chère, le poids est soulevé. Cela peut se produire lorsque la demande d'électricité est faible ou lorsque des sources d'énergie renouvelable comme l'énergie éolienne ou solaire produisent plus d'électricité que nécessaire. Le processus de levage du poids transforme l'électricité en énergie potentielle stockée dans la hauteur atteinte par le poids.
Restitution de l'énergie : Lorsque de l'électricité est nécessaire, le poids est relâché, et en descendant, il fait tourner un générateur pour produire de l'électricité. Cette conversion d'énergie potentielle en électricité restitue l'énergie stockée précédemment.

Le Stockage d'Énergie par Air Comprimé (CAES)

Fonctionnement

Le principe repose sur l’élasticité de l’air : l’énergie que l’on veut stocker est utilisée pour comprimer l’air, à très haute pression (100 à 300 bars), par des compresseurs, qui est ensuite stocké, comprimé, dans un réservoir d’une taille conséquente (plusieurs centaines de milliers de mètres cube), le plus souvent une cavité naturelle. Pour récupérer l’énergie, il suffit de détendre l’air compressé dans une turbine qui entraîne un alternateur.

Problème du système

Les système actuels ne sont pas très efficaces, car comprimer un gaz produit de la chaleur et cette chaleur est perdue. Seul 50% de l'énergie est récupéré.

Notons que détendre un gaz prend de la chaleur (du froid).

Pour être efficace, il faut pouvoir récupérer la chaleur lors de la compression pour la « rendre » lors de la détente. Ceci est complexe.