Les systèmes de stockage d'énergie sont essentiels à la décarbonisation des dispositifs énergétiques. Ils constituent un outil polyvalent permettant d'apporter de la flexibilité aux systèmes. Sans stockage de l'énergie, la transition est difficile.
Le stockage rend plus flexible l'intermittence à laquelle est soumise une grande partie de la production d'énergie renouvelable. En effet, cela permet de libérer l'énergie lorsque la demande est élevée et la stocker lorsque la demande est plus faible. Elle est donc essentielle pour la disponibilité de l'électricité à grande échelle et pour l'avancement de l'autoconsommation. SirEnergies vous en parle.
Le stockage de l'énergie électrique est-il possible ?
Le stockage de l'énergie consiste à conserver l'excédent d'énergie produite pour la restituer au moment voulu. Il existe différentes méthodes de stockage de l'énergie tout au long de la chaîne d'approvisionnement.
Le développement des technologies de stockage de l'énergie est essentiel pour les réseaux intelligents du futur (Smart Grids). C'est un pilier essentiel de la transition énergétique, car il rend la production d'énergie renouvelable plus flexible et garantit son intégration dans le système énergétique. Le stockage de l'énergie permet d'aplanir la courbe de la demande, contribue à l'autosuffisance énergétique et rend le système électrique plus efficace et plus sûr.
Les principales énergies renouvelables qui soutiennent la production d'énergie (solaire et éolienne) sont intermittentes et de capacité variable. Lorsqu'il fait nuit, vous ne pouvez pas produire d'énergie solaire et, par beau temps, le vent ne souffle pas. Votre production n'est ainsi pas toujours constante. S'il n'y a pas assez de vent à un moment donné, il ne sera peut-être pas possible de produire toute l'énergie éolienne nécessaire.
Il est donc essentiel de disposer d'une électricité d'une capacité suffisante et constante. Le stockage de l'énergie entre alors en jeu. Les limites des énergies renouvelables peuvent être compensées par un bon stockage.
Où et comment l'énergie peut-elle être stockée ?
Pour l'énergie électrique, les stockages électrochimiques, chimiques, électriques et mécaniques sont les principaux systèmes utilisés.
Les batteries
La batterie fait partie des stockages électrochimiques et est utilisée comme système de stockage de l'énergie. Les batteries diffèrent selon les combinaisons chimiques utilisées (soufre-sodium, plomb-acide, nickel-cadmium, lithium-ion, etc.) en leur sein.
Les plus prometteuses se trouvent dans les batteries lithium-ion, qui sont notamment utilisées dans divers appareils. Les avantages de l'utilisation de ce type de batterie sont divers : densité énergétique élevée, faible poids, longévité, temps de recharge total très court.
Le principal inconvénient est son coût élevé, bien que l'utilisation généralisée des batteries ces dernières années ait entraîné une réduction drastique des coûts. Dans un contexte de réduction de leur impact environnemental, l'utilisation des batteries représente une perspective valable pour l'installation généralisée et décentralisée de nombreux systèmes à haute capacité. Les batteries de stockage sont un élément clé des systèmes hors réseau. Elles stockent l'électricité produite en excès, puis la renvoient pour une utilisation ultérieure.
Le volant d'inertie
Une autre solution de stockage consiste à utiliser des volants à axe vertical dans des boîtiers cylindriques robustes. Dans ces derniers, un certain vide est maintenu afin de réduire le bruit et la friction aérodynamique du rotor, grâce notamment à l'utilisation de paliers magnétiques. Grâce à un convertisseur, le rotor transfère l'énergie au réseau électrique sous forme de courant alternatif haute fréquence variable.
Ces systèmes sont adaptés à des puissances allant jusqu'à 500 kW et peuvent être utilisés en parallèle pour des puissances supérieures. Les coûts des volants d'inertie sont compétitifs par rapport à ceux des batteries si l'on considère leur longue durée de vie et leur entretien minimal. Ils se caractérisent par un rendement élevé, une grande durabilité et peuvent être rechargés très rapidement.
Les supercondensateurs
Les supercondensateurs sont constitués de deux électrodes polarisables, d'un séparateur et d'un électrolyte, où le champ électrique est stocké aux interfaces entre l'électrolyte et les électrodes.
Les supercondensateurs se caractérisent par leur forte densité de puissance, leur grande durabilité et leur stockage d'énergie simple et réversible par rapport aux batteries classiques. L'inconvénient réside cependant dans la quantité de charge pouvant être stockée, qui est limitée et dépend de la surface de l'interface électrode-électrolyte.
Des supercondensateurs à base de nanotubes de carbone sont en études. Ils présentent une densité d'énergie et de puissance élevée, plus de vingt fois supérieure à celle des supercondensateurs classiques.
L'hydrogène
L'hydrogène utilisé comme système de stockage peut être stocké (gaz comprimé) de plusieurs façons. Les principales utilisées sont sous terre et à bord des véhicules dans des conteneurs pressurisés.
Cette technologie de stockage est la plus simple : l'hydrogène est comprimé à environ 20,7 MPa et stocké dans des bouteilles de gaz, à la pression standard, ou dans des conteneurs sphériques pour les quantités supérieures à 15 000 nm³. En général, le stockage sous forme de gaz comprimé, dans des tubes à haute pression, est limité à des systèmes inférieurs à 14 000 nm³, voire plus petits, en raison de leur coût élevé.
Le stockage de l'hydrogène permet de pallier l'intermittence des énergies renouvelables. Il existe actuellement plusieurs installations de stockage souterrain dans certains pays d'Europe. Cette méthode est plus ou moins rentable, selon qu'elle utilise des structures existantes ou qu'elle nécessite leur création. La capacité de stockage de ce système est très élevée, le problème étant que de l'électricité est nécessaire pour créer de l'hydrogène à partir de l'eau par électrolyse.
L'air comprimé
L'utilisation de l'air comprimé est un système de stockage qui est similaire à l'hydrogène à certains égards. Ces systèmes utilisent des compresseurs alimentés par de l'électricité à faible. L'air comprimé est stocké dans des cavités souterraines hermétiquement fermées à une pression de 70 à 100 bars. Cet air ainsi obtenu et stocké est le plus souvent utilisé dans une centrale permettant d'économiser jusqu'à 40 % de gaz.
Les systèmes hydroélectriques
Les systèmes hydroélectriques sont basés sur le pompage de l'eau et utilisent deux réservoirs situés à des hauteurs différentes. Lorsque l'énergie produite est supérieure à celle requise, on pompe l'eau depuis le réservoir inférieur pour aller au réservoir supérieur. Aux heures de pointe, l'eau stockée en amont est utilisée pour produire de l'électricité.
Ils sont très utiles pour stocker l'énergie produite par les centrales thermiques. Ces dernières sont essentielles pour l'exploitation, la régulation et la rationalisation des réseaux de transport d'électricité.
Le stockage de l'énergie est ainsi un facteur important pour pallier l'intermittence des énergies renouvelables. Il existe ainsi divers moyens pour stocker l'énergie. Chacun d'eux n'a cependant pas le même impact sur l'environnement. Il est donc crucial de choisir un système de stockage qui s'adapte à votre budget et à votre exigence.
Pour aller plus loin, n’hésitez pas à consulter notre article répondant à la question : “L’électricité peut-elle être stockée ?”
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