Avenir Photovoltaique

Les différentes solutions pour le stockage de l’énergie électrique

---

---

Le stockage de l’énergie consiste à placer une quantité d’énergie en un lieu donné pour une utilisation ultérieure (par extension il s’agit aussi du stockage de la matière qui « contient » cette énergie). Stocker des calories ou de l’électricité permet de stabiliser les réseaux énergétiques, lisser les irrégularités de production/consommation dans le contexte de développement des énergies renouvelables, l’alimentation énergétique de sites insulaires ou isolés.

Pourquoi a t’on besoin de stocker de l’énergie électrique

Le possibilité de stockage du surplus de production d’électricité peut être capital, par exemple dans le cas d’une autoconsommation photovoltaïque. En effet, l’énergie du soleil n’est exploitable qu’en pleine journée, il est donc intéressant de stocker le surplus pour le restituer la nuit.

Le stockage de l’électricité répond à trois grands types de besoins :

Les besoins de stockage liés à la production nucléaire

La production d’électricité nucléaire, est centralisée, massive et peu adaptative. C’est le cas de la gestion, sur le réseau de transport, de l’énergie électrique produite par les centrales actuelles, afin d’équilibrer en temps réel la production et les demandes variables journalière, hebdomadaire, saisonnière et, en plus, dans le futur, de la sécuriser face aux fluctuations d’une production importante et nécessairement intermittente d’énergie électrique d’origine renouvelable.

Les besoins de stockage pour une production autonome décentralisé

La production autonome décentralisés et de quantité plus modeste nécessite l’usage bien souvent l’usage de solution de stockage de l’énergie électrique. L’électricité créée, en général par des sources variables (solaire, éolien) dans le cas de maisons autonomes (non raccordées au réseau) a besoin d’être stockée car souvent il y a décalage entre les heures de production et les heures de consommation.

Les besoins de stockage pour des applications en mobilité

Les applications mobiles comme les téléphones portables, transports du type vélo à assistance électrique, automobile électrique ou hybride nécessitent des solutions de stockage d’électricité.

Les différentes solutions de stockage de l’énergie électrique

Le stockage de l’énergie sous forme mécanique

Le stockage de l’énergie sous forme hydrolique

Pour contourner la difficulté de stocker directement l’énergie électrique, il est possible de passer par une étape intermédiaire qui consiste à la convertir en une énergie mécanique potentielle que l’on donne à un fluide stockable (eau, gaz, vapeur d’eau, air comprimé, etc.), pendant une durée déterminée, et ensuite de reconvertir cette énergie mécanique en énergie électrique dans une turbine dédiée au fluide entraînant un alternateur. Une station de transfert d’énergie par pompage (STEP) est une installation de stockage hydraulique gravitaire. Elle comprend nécessairement un lac supérieur et une retenue d’eau inférieure, entre lesquels est placée l’usine hydroélectrique réversible de turbinage/pompage. L’usine est reliée au lac supérieur par des ouvrages d’adduction d’eau (conduites forcées) et vers la retenue inférieure par des canalisations. Le principe de fonctionnement des STEP est simple : pendant les heures creuses (surproduction) on remonte l’eau par pompage pour la turbiner aux heures de pointe. Le rendement est de l’ordre de 65 à 85%.

Les avantages des STEP

C’est une solution qui s’inscrit dans le cadre du développement durable. Le fonctionnement des STEP est éprouvé et totalement écologique. Il ne dépend d’aucun combustible, dans la limite ou le pompage ne fait pas appel à de l’électricité d’origine thermique, ce qui est en principe le cas en France. La durée de stockage de l’eau dans le bassin supérieur est quelconque et la quantité peut être importante (pour le barrage de Grand maison, plus de 137 millions de m³ d’eau). L’ensemble des matériels fait appel à une technologie classique, robuste, de très grande disponibilité.

Les inconvénients des STEP

La spécificité des sites à équiper et les investissements correspondants, leur éloignement par rapport aux grands centres de consommation, en particulier de ceux qui provoquent des pics de consommation, nécessite un transport d’énergie électrique sur d’assez grandes distances ce qui renchérit les coûts d’exploitation.

L’air comprimé comme solution de stockage de l’énergie électrique

On sait utiliser de l’air comprimé pour produire un travail mécanique, par conséquent il est possible de stocker de l’énergie en comprimant un gaz (en général avec un compresseur mu par de l’énergie électrique disponible). Le rendement sera médiocre, car la compression s’accompagne d’un échauffement du gaz, sauf à récupérer la chaleur produite (cogénération air comprimé + chaleur).

La solution de stockage de l’énergie la plus connue, le stockage sous forme électrochimique

Utilisation quotidiennes (véhicules, téléphones portables…) : les technologies de batteries sont multiples et possèdent des caractéristiques très variables. L’inconvénient majeur est leur faible durée de vie (Nombre de cycles charge/décharge limité ~ 100 à 1000). On peut voir la batterie comme un réservoir électricité que l’on vide (décharge) ou que l’on rempli (charge). La quantité d’électricité étant définie par l’Ampèreheure.

Bien évidemment dans le cadre de la réalisation d’une installation photovoltaïque chez un particulier, les professionnels comme France PAC Environnement s’appuient sur la technologie Lithium pour l’équipement de stockage du surplus d’électricité.

De l’hydrogène pour stocker le surplus d’énergie

Dans les années 1980, une production de masse d’hydrogène avait été envisagée pour stocker de façon indirecte l’énergie électrique. L’idée consistait à profiter des heures creuses de consommation pour faire fabriquer par les centrales nucléaires de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Cela présentait l’avantage d’assurer une marche sans contraintes thermiques des équipements de génération de vapeur des centrales nucléaires et à maintenir constante leur production d’électricité.

Solutions de stockage inertiel

Un volant d’inertie moderne est constitué d’une masse (anneau ou tube) en fibre de carbone ou en métal entraînée par un moteur électrique. L’apport d’énergie électrique permet de faire tourner la masse à des vitesses très élevées (entre 8000 et 16000 tour/min pour le modèle ci-contre) en quelques minutes. Une fois lancée, la masse continue à tourner, même si plus aucun courant ne l’alimente. L’énergie est alors stockée dans le volant d’inertie sous forme d’énergie cinétique, elle pourra ensuite être restituée instantanément en utilisant le moteur comme génératrice électrique, entraînant la baisse de la vitesse de rotation du volant d’inertie.
Ce stockage se fonde sur la conversion instantanée de l’énergie mécanique en énergie électrique et, réciproquement, conversion dont les machines électriques sont naturellement le siège suivant qu’elles sont génératrices (si elles sont entraînées) ou motrices (si elles sont entraînantes). Le rendement est de l’ordre de 80% à 95 %. Le principal avantage est sa rapidité de mise en service (utile en cas de micros coupures).

Des condensateurs pour stocker l’énergie électrique

Le stockage par condensateurs est utilisé principalement en électronique, c’est-à-dire en basse tension et en faible énergie, dans les alimentations à tension continue (redressement). Accessoirement, le stockage par condensateurs peut être utilisé comme source de puissance impulsionnelle. Sa limitation est la durée de vie réduite des condensateurs, qui supportent mal un trop grand nombre de cycles de charge/décharge.

Transformation de l’énergie électrique en énergie thermique pour le stockage

De nombreuses solutions de stockage de froid (glace, liquides cryogéniques) et de chaud (sels fondus) existent. Par exemple on chauffe des sels fondus et quand on a besoin de récupérer l’énergie on récupère la chaleur de ces sels pour en faire de l’électricité. A l’heure actuelle leur utilisation n’est pas répandue.
Ces installations ont un potentiel important en termes de compétitivité pour les activités tertiaires et industrielles et en matière d’impact sur la demande en électricité à la pointe. En effet, en stockant la chaleur ou le froid en période de faible demande d’électricité, le potentiel de décalage des appels de puissance est important. Sur les réseaux de chaleur, le stockage de chaleur permet d’optimiser le dimensionnement des installations, notamment dans le cadre d’extension de réseaux existants.