Solutions de stockage de l’énergie. Enjeux et intérêts
22 mars 2016
Jean-François Moreau
Éléments indispensables pour accompagner l’essor des énergies renouvelables, les technologies de stockage d’énergie sont en effervescence. Avec une diversité à la fois des technologies et des enjeux, la filière du stockage monte en maturité.
Crédit Photo: Filière 3e
Stocker, un intérêt technique et économique
Le stockage est en effet l’atout indispensable pour le mixte électrique, et apporte au système électrique quatre grandes familles de services :
- le secours, en particulier pour pallier les éventuelles défaillances réseaux ;
- le lissage de la charge, par exemple par le stockage de production en période de faible demande et restitution en pointe ;
- le maintien voire l’amélioration de la qualité d’alimentation, notamment pour se substituer aux centrales à énergie fossile ;
- enfin, l’intégration d’énergies de sources renouvelables (de nature intermittente, la production des énergies renouvelables sera régulière avec l’aide judicieuse du stockage).
Les enjeux sont aussi économiques. Le stockage est une opportunité pour générer des bénéfices ou bien encore pour optimiser son équation tarifaire et consommer au tarif le moins cher.
Il y a aussi un intérêt social, le coût des solutions de stockage a longtemps freiné le développement de l’accès à l’énergie pour les pays en développement.
Stocker l’électricité
On peut stocker l’énergie tout d’abord sous forme mécanique de plusieurs façons :
- premier exemple bien connu, les barrages hydroélectriques et les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), qui stockent de grandes quantités d’énergie, mobilisables en quelques minutes ;
- second dispositif, le stockage par volant inertiel : un volant est entraîné par un moteur électrique. L’apport d’énergie électrique permet de faire tourner la masse du volant à des vitesses très élevées (plus de 8 000 tours/mn) en quelques minutes. L’alimentation coupée, une fois lancée, la masse continue à tourner. L’énergie est ensuite restituée en couplant un moteur qui fonctionne en génératrice. Environ 80 % de l’énergie absorbée peut être restituée.
On peut également stocker l’électricité sous forme électro-chimique : c’est le dispositif le plus connu, avec des dimensionnements flexibles qui font que les batteries ont envahi notre quotidien pour des usages variés. Elles sont constituées par empilement de disques composés de différents types d’éléments chimiques (plomb-acide, nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique, lithium-ion, lithium-polymère, etc.).
« Avec le prix des batteries et convertisseurs qui s’est réduit de moitié en moins de 3 ans, et le prix du panneau photovoltaïque qui a été divisé par 5 en 15 ans, l’électricité d’origine photovoltaïque est de plus en plus rentable et possible sans subvention », souligne Thierry Djahel, directeur Développement et Prospective au sein de Schneider Electric.
Et bien sûr, il y a le stockage thermique. Le cas le plus connu est le ballon d’ECS. Ce stockage mobilise un parc de plusieurs millions d’installations, pour un appel de puissance électrique de plusieurs gigawatts. Cet appel est prédictible, pilotable, et peut se décaler dans le temps.
D’autres dispositifs de stockage thermiques sont utilisés notamment parce que l’énergie solaire thermique est au maximum lorsque les besoins en énergie thermique sont, eux, au minimum. Ainsi le stockage saisonnier, sous forme chaleur, permet de restituer en hiver l’énergie stockée durant l’été.
Le transfert du solaire thermique et stockage peut s’effectuer :
- par chaleur sensible, c’est-à-dire par changement de la température du matériau – la chaleur est alors emmagasinée dans le matériau ;
- ou par chaleur latente, c’est-à-dire par changement de phase du matériau, généralement changement solide/liquide d’un matériau pour lequel la variation volumique est faible.
Troisième solution prometteuse : le stockage thermochimique (par sorption ou réaction chimique) via des procédés mettant en œuvre des réactions chimiques réversibles qui permettent de séparer un produit sous l’effet d’une source de chaleur. Les deux (ou plus) composants sont alors stockés séparément sans perte thermique et la chaleur est restituée lorsqu’ils sont remis en présence en reformant le produit initial.
Enfin, il reste le stockage électromagnétique au travers de deux technologies :
- les super-condensateurs. Ils peuvent stocker un million de fois plus d’énergie électrique qu’un condensateur classique. On commence à voir apparaître les premiers bus électriques, tramways, alimentés exclusivement par des super-condensateurs. Et cette technologie pourrait demain permettre de recharger en quelques minutes nos téléphones et véhicules électriques ou bien stocker l’électricité des panneaux photovoltaïques. La R&D planche pour en augmenter la quantité d’énergie stockée tout en limitant son poids et sa taille ;
- les bobines supraconductrices ou SMES : l’énergie y est stockée via un courant électrique envoyé dans une bobine de fil supraconducteur. Une fois la bobine court-circuitée, le courant reste indéfiniment car il n’y a pas de perte. L’énergie est donc stockée dans la bobine sous forme magnétique et électrique et peut être ensuite récupérée en un temps très court.
L’article Solutions de stockage de l’énergie. Enjeux et intérêts, écrit par Jean-François Moreau, a d’abord été publié sur le site Filière 3e, Le portail de l’efficacité énergétique.
