La technologie de stockage d'énergie, comme son nom l'indique, désigne le processus de stockage de l'énergie. Elle peut être comparée à un système de réserve énergétique à grande échelle, utilisant diverses méthodes de stockage. Elle capte l'excédent d'énergie en période de surproduction et le restitue en cas de pénurie, assurant ainsi un approvisionnement stable. Qu'il s'agisse de réduire l'intermittence des énergies renouvelables ou de permettre une utilisation efficace, le stockage joue un rôle essentiel.
Du point de vue de la génération, panneaux solaires photovoltaïques Les éoliennes produisent une électricité abondante en journée, mais s'arrêtent la nuit. De même, l'énergie éolienne fluctue en fonction de la disponibilité du vent : sa production est élevée par vent fort et minimale en période calme. Cette intermittence compromet la stabilité de l'approvisionnement.
Du côté de la demande, les pics diurnes surviennent lorsque les bureaux et les usines fonctionnent, tandis que la consommation diminue la nuit. Ce décalage temporel entre l'offre et la demande entraîne un gaspillage d'énergie excédentaire sans stockage. Le stockage d'énergie agit comme un intermédiaire stabilisateur : il stocke le surplus en cas de surproduction et le libère en cas de pénurie afin d'équilibrer l'offre, d'améliorer l'efficacité et de réduire le gaspillage.
En cas de panne du réseau ou d’urgence, les systèmes de stockage d’énergie peuvent réagir rapidement, alimentant les équipements importants et les utilisateurs avec de l’électricité de secours pour maintenir un fonctionnement stable.
D'un point de vue économique, le stockage d'énergie est également judicieux. Stocker de l'électricité lorsque les prix sont bas et l'utiliser lorsque les prix sont élevés permet aux utilisateurs de réduire leurs dépenses énergétiques. Pour les grandes entreprises, une utilisation judicieuse des systèmes de stockage peut encore réduire leurs coûts de production et améliorer leurs résultats.
Les technologies de stockage d’énergie varient selon la méthode de conversion : physique , chimique , et électromagnétique .
Utilise des méthodes mécaniques telles que la pompe hydraulique, l'air comprimé ou les volants d'inertie.
1. Stockage hydroélectrique par pompage : Le pompage-turbinage est actuellement la technologie de stockage physique d'énergie la plus répandue. Il fonctionne en pompant l'eau d'un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur pendant les périodes de faible demande d'électricité, convertissant ainsi l'énergie électrique en énergie potentielle stockable. En période de pointe, l'eau du réservoir supérieur est renvoyée vers le réservoir inférieur, alimentant des générateurs hydroélectriques qui convertissent l'énergie potentielle en électricité. Les avantages du pompage-turbinage incluent une technologie mature, une grande capacité, une longue durée de vie et un rendement global de 70 à 85 %. L'inconvénient réside dans les exigences géographiques élevées, car un terrain adapté est nécessaire pour la construction des réservoirs supérieur et inférieur.
Le stockage d'énergie par air comprimé utilise l'électricité pendant les périodes de faible demande du réseau pour comprimer l'air, qui est ensuite stocké dans des cavernes de sel souterraines ou d'autres installations de stockage. En période de pointe, l'air comprimé est libéré pour alimenter des turbines et produire de l'électricité. Cette méthode est efficace pour les applications à grande échelle et peut s'intégrer aux sources d'énergie renouvelables comme l'éolien, car l'énergie mécanique du vent peut entraîner directement la rotation du compresseur, éliminant ainsi la conversion électrique intermédiaire et améliorant le rendement. Cependant, elle nécessite également des conditions géographiques spécifiques, notamment de grandes cavernes pour stocker l'air comprimé.
Le stockage d'énergie par volant d'inertie utilise un moteur électrique pour faire tourner rapidement un volant d'inertie, convertissant ainsi l'énergie électrique en énergie cinétique pour le stockage. En cas de besoin, le volant d'inertie entraîne un générateur pour produire de l'électricité. Ses avantages comprennent une longue durée de vie, un rendement élevé et un temps de réponse rapide, de l'ordre de quelques millisecondes. Cependant, sa faible densité énergétique, ne fournissant de l'énergie que pendant quelques secondes à quelques minutes, subit des pertes d'énergie dues à l'usure des roulements et à la résistance de l'air.
Les batteries lithium-ion sont connues de tous, car elles équipent les smartphones et les ordinateurs portables. Elles offrent une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et une large plage de températures de fonctionnement, et dominent le marché du stockage électrochimique de l'énergie. Cependant, elles présentent également des inconvénients, tels que des coûts élevés et des problèmes de sécurité.
Les batteries au plomb sont un type de batterie traditionnel, dont les électrodes sont principalement constituées de plomb et de ses oxydes, et dont l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique. Leurs matériaux sont largement disponibles, peu coûteux et couramment utilisés comme alimentation de secours dans les systèmes électriques. Cependant, leur durée de vie et leur cycle de vie sont plus courts, et elles peuvent polluer l'environnement si elles ne sont pas correctement traitées lors de la production ou du recyclage.
Les batteries sodium-soufre utilisent du sodium métallique comme anode, du soufre comme cathode et un tube céramique comme séparateur d'électrolyte. Elles offrent des avantages tels qu'une taille compacte, une grande capacité, une longue durée de vie et un rendement élevé. Elles sont largement utilisées dans les applications de stockage d'énergie telles que l'écrêtement des pointes de consommation, l'alimentation de secours et le stockage d'énergie éolienne. Cependant, elles nécessitent des températures de fonctionnement élevées, généralement comprises entre 300 et 350 °C.
Les batteries à flux, souvent appelées batteries à flux redox, sont dites tout-vanadium (ou batteries au vanadium) lorsque les deux électrodes utilisent des solutions de sel de vanadium. Elles présentent des avantages tels qu'une conception flexible, une réponse rapide en charge-décharge, d'excellentes performances, une longue durée de vie, des solutions électrolytiques facilement recyclables, une plus grande flexibilité d'installation, la sécurité, le respect de l'environnement, une efficacité énergétique élevée et un démarrage rapide. Cependant, leur densité énergétique est relativement faible et leur encombrement est plus important.
Le stockage d’énergie électromagnétique comprend principalement le stockage d’énergie supraconducteur et le stockage d’énergie par supercondensateur.
Le stockage d'énergie magnétique supraconducteur (SMES) est une méthode de stockage direct de l'énergie électrique sans conversion. Il fonctionne en dirigeant le courant électrique dans une bobine inductive en matériaux supraconducteurs, où le courant peut théoriquement circuler indéfiniment sans perte jusqu'à son utilisation. Cette méthode de stockage offre un rendement de conversion énergétique élevé (jusqu'à 95 %) et des temps de réponse rapides, s'activant en quelques millisecondes. Cependant, le coût élevé des matériaux supraconducteurs et le coût du maintien à des températures ultra-basses limitent actuellement son application à grande échelle.
Le stockage d'énergie par supercondensateur est un dispositif innovant combinant les caractéristiques des condensateurs traditionnels et des batteries rechargeables. Sa structure, proche de celle d'une batterie, est composée de quatre éléments principaux : deux électrodes, un électrolyte, des collecteurs de courant et un séparateur. Les supercondensateurs offrent des avantages tels qu'une densité de puissance élevée, une longue durée de vie, d'excellentes performances à basse température, la sécurité, la fiabilité et le respect de l'environnement. Cependant, en raison de la faible tension de claquage diélectrique et du faible courant de fuite, leur capacité de stockage d'énergie et leur temps de rétention restent limités.
