Dominique Meeùs
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On ne peut stocker de l’électricité comme telle que dans des condensateurs. En l’absence de tels dispositifs intégrés dans le réseau électrique, la production et la demande doivent s’équilibrer à tout moment. Or la demande varie. Il faut donc moduler la production. Parfois, il peut être plus intéressant de recourir à de l’énergie stockée à partir d’électricité dans un moment de demande faible. C’est ainsi que le recours à des stations de pompage est habituel. Le problème se complique lorsque les sources sont intermittentes. À la difficulté d’équilibrer le réseau électrique, s’il dépend principalement ou totalement de sources d’énergie intermittentes, il y a plusieurs réponses possibles, de stockage ou d’autres mesures :
Certains de ces points sont parents. Les 1 et 2 sont généralement envisagés ensemble. Les 7 et 8 ne sont qu’une différence de degré ou de point de vue. On qualifie de back-up des unités qui sont pensées pour être plus souvent à l’arrêt, mais toute unité modulée en fonction de l’insuffisance des sources intermittentes fonctionne en un sens en back-up. Les 4 à 6 ont en commun d’être des industries intermittentes pour absorber l’électricité excédentaire venant des sources intermittentes. Cela fait, en tout, de 4 à 8 des industries intermittentes à cause de sources intermittentes d’énergie.
Toutes ces réponses impliquent des investissements importants :
Si les solutions directes d’aplatissement des variations (1 et 2), avec des lignes à courant continu de grande capacité sur de grandes distances garantissaient un approvisionnement régulier (avec un peu de stockage pour le suivi de la demande), cela dispenserait des coûts d’investissements indirects en industrie intermittente (et du problème social associé à l’intermittence d’activité). Il n’est pas prouvé que ce soit possible.
energieopslagtechniek | large-scale energy storage | |
buffercentrale | grid energy storage |
On stocke de l’énergie sous un grand nombre de formes différentes dans des circonstances différentes et dans différents buts. Par exemple, le carburant dans le réservoir d’une automobile est un stockage d’énergie. Un autre exemple est l’eau de pluie accumulée derrière un barrage. Diverses formes de stockage sont considérées ci-dessous. Il y en a d’autres. Voir entre autres www.mpoweruk.com/alternatives.htm.
On ne peut stocker de l’électricité comme telle que dans des condensateurs. Il en existe des réalisations industrielles, mais il y a des contraintes physiques et de coût qui réservent cette technique à des usages particuliers. Les condensateurs se chargent vite, mais ne gardent pas bien la charge. Les batteries au contraire ne se chargent que lentement. On envisage par exemple de passer temporairement à des condensateurs l’énergie de freinage d’une voiture électrique, qu’une batterie ne peut pas absorber.
En général on ne stocke pas l’électricité comme telle, mais l’énergie transformée sous une autre forme.
Un poids à un certaine hauteur peut fournir de l’énergie quand on le laisse descendre. Ç’a été longtemps un moyen d’alimenter des horloges en énergie (poids pendus à des chaînes) et c’est la base de l’énergie hydraulique. Élever un poids est donc une manière de stocker de l’énergie.
Comme la hauteur permet de stocker plus d’énergie à poids égal, on a imaginé de suspendre des poids à des treuils sur barges flottant au-dessus de profondes fosses océaniques. Pour servir un grand nombre de poids avec moins de treuils et de chaînes, un projet envisage que des robots accrochent la chaîne au poids. D’autres imaginent de faire monter en montagne des trains électriques qui peuvent restituer l’électricité par freinage en redescendant. (Il y a trop de projets inventifs — et pas seulement en énergie potentielle — pour les référencer ici et les nouveaux rendraient la tentative rapidement obsolète. Chercher avec Google.)
La retenue d’eau dans une vallée fermée par un barrage hydroélectrique constitue un stockage d’énergie, qu’on pourrait appeler amont par rapport à la production d’électricité.
Si on a un excédent d’énergie électrique, on peut pomper de l’eau dans une station de pompage : pomper de l’eau d’un bassin inférieur vers un bassin supérieur. L’énergie ainsi stockée peut être utilisée ultérieurement à produire de nouveau de l’électricité pour couvrir des pointes de demande ou un manque de production. C’est une forme stockage importante, à laquelle je consacre un article particulier.
Volant d’inertie, flywheel, vliegwiel. Il y a une page Wikipedia spécifique au stockage par volant. Généralement utilisé pour des temps courts et de faibles puissances (quelques kWh ou dizaines de kWh, idem en puissance 40).
La compression d’air est une solution séduisante de stockage d’énergie. On peut en stocker de grandes quantités dans des réservoirs souterrains s’ils sont suffisamment étanches. Il y a cependant un problème thermique : l’air chauffe à la compression. C’est de l’énergie perdue. L’air se refroidit à la décompression. Il peut se former de la glace qui bloque des vannes. On doit envisager de conserver la chaleur de la compression et de la restituer à la décompression. Voir Wikipédia ou des articles spécialisés.
On peut stocker de la chaleur sous des formes diverses : eau chaude, sel fondu, matériau solide. Sous cette forme, il y a une perte d’énergie dans le temps. C’est une possibilité dans les installations de concentration de rayons solaires où une partie de la chaleur peut être stockée pour continuer à produire de l’électricité la nuit.
Pour le chauffage urbain, on peut combiner la chaleur sources diverses (géothermie, récupération de chaleur de processus industriels, résistances électriques) dans une réserve d’eau chaude dont la chaleur est utilisée de manière différée en fonction de la demande.
sel fondu | gesmolten zout | molten salt |
Dans un dispositif de concentration de rayons solaires utilisant un sel fondu comme caloporteur, une partie du sel fondu peut être stockée pour assurer la production d’électricité la nuit. C’est donc une forme de stockage en amont de la production d’électricité.
ammoniac | ammoniak | ammonia |
Un projet australien porte sur la dissociation de l’ammoniac à haute température par concentration de rayons solaires. L’azote et l’hydrogène peuvent par la suite être recombinés de manière exothermique. Il s’agit d’un stockage d’énergie en amont d’une production d’électricité pour assurer une production la nuit aussi. Les promoteurs de cette idée invoquent le fait qu’on évite le coût d’isolation thermique et la perte thermique du sel fondu. Voir Australian National University (ANU) pour la recherche et Wizard Power pour la réalisation industrielle. Par exemple peakenergy.blogspot.be/2008/04/were-off-to-see-wizard-storing-energy.html. Publications de 1999 à 2008 et peu de nouvelles depuis. Il y a peut-être des difficultés imprévues.
Dans les caractéristiques d’une installation de stockage d’énergie, il faut distinguer la puissance et la capacité de stockage. Par exemple, la station de pompage de Coo peut rendre de l’électricité à la puissance respectable de 1,2 GW, mais ne stocke que 5 GWh, ce qui, à cette puissance, est vite épuisé. Par analogie avec les batteries, on appelle C rate le rapport de la puissance à la capacité de stockage. Par ailleurs, il y a le rendement de la transformation de l’électricité à la forme d’énergie stockée et retour à l’électricité. Le rendement d’une station de pompage est entre 70 et 80 %. Le rendement de stockage en hydrogène obtenue par électrolyse pour en refaire de l’électricité se situe dans les 40 %. Cette voie n’est donc généralement pas prise en considération.
Il faut penser aux limites de la fourniture d’électricité en cas de pénurie, mais aussi aux limites en puissance et en capacité de stockage en cas d’excès d’électricité. Pour une source dont le facteur de charge est inférieur à ½, cette limite est plus sévère que la limite de fourniture d’électricité. Voir l’article sur l’intermittence.