Quelles sont les solutions pour stocker l’énergie ?

La question du stockage des énergies est un vieux problème auquel on a su apporter des solutions dès les années 1920. Aujourd’hui, de nouveaux éléments doivent être pris en compte pour permettre une meilleure gestion de l’énergie produite. Parmi eux, le développement de la production d’énergies intermittentes issues des filières éolienne et photovoltaïque, et l’apparition des smart grids, réseaux d’électricité intelligents censés gérer la production et la distribution de l’énergie en fonction de la demande notamment.

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Des batteries pour stocker l’énergie.

Les anciennes techniques pour stocker l’énergie

Il y a quelques années (à la fin des années 2000), cinq techniques de stockage d’énergie dominaient : le pompage hydraulique (la plus importante en termes de quantité de volume stocké), la compression d’air dans des cavités souterraines, mais également des solutions chimiques parmi lesquelles les batteries en polysulfure de sodium, les batteries au sodium, nickel et chrome, ou encore les batteries à l’acide. Dès le début des années 2000, de nouvelles techniques électrochimiques voient également le jour. Le Redox flow (ou Vanadium Redox) par exemple, accumulateur qui exploite la circulation d’électrolyte et l’oxydation du vanadium. Ce type de système de stockage pourrait convenir à l’énergie issue du photovoltaïque.

Le pompage hydraulique

La station de pompage hydraulique dispose de deux bassins à des hauteurs différentes reliés par des canalisations. Le système de pompage se met en route durant les heures creuses. L’eau de la retenue inférieure est transférée vers la retenue supérieure. Au moment de libérer l’énergie, le cycle s’inverse et la pompe se transforme en turbine. Les capacités de l’installation dépendent de la taille de ses réservoirs. Plus ils seront importants, plus ils produiront de l’électricité. Cette ressource peut être conservée pendant quelques jours et être mobilisée très rapidement. En quelques minutes, des dizaines de mégawatts voire plusieurs gigawatts peuvent être injectés sur le réseau électrique. Les stations de pompage, entre autres, permettent d’assurer la sécurité du réseau lors des forts pics de consommation.

Des Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP) peuvent être installées en façade maritime. La mer représente le bassin inférieur et un second est aménagé au sommet d’une falaise. Il existe, pour l’instant, une seule STEP marine au monde, celle d’Okinawa au Japon. La France, à travers EDF SEI, envisage d’en construire à son tour à la Réunion, à la Guadeloupe et en Martinique.

Le stockage d’énergie par air comprimé

Les installations de stockage par air comprimé (CAES – Compressed Air Energy Storage) prennent place au-dessus d’une cavité souterraine telle qu’une ancienne mine de sel et une caverne de stockage de gaz. Lorsque la demande d’électricité est faible, l’électricité est disponible à bas coût. Il n’est, dans ce cas, pas nécessaire d’utiliser l’énergie stockée. Au contraire, lorsque la demande est forte et le prix de l’électricité est élevé, l’air comprimé est libéré. Les turbines se mettent alors en route pour produire de l’énergie.

Deux sites sont opérationnels, depuis plus de 30 ans, dans le monde : Huntorf en Allemagne (290 MW) et McIntosh aux Etats-Unis (110 MW).

Le stockage stationnaire par batteries électrochimiques

Il existe différents types de batterie à base de produits chimiques tels que plomb-acide, nickel-cadmium, lithium-ion et chlorure de sodium. Dans le cadre du projet PEGASE, une batterie sodium-soufre (NaS), d’une puissance d’un MW, a été installée, en 2010, dans la commune de Saint-André, sur l’île de la Réunion. Le système est capable d’anticiper les baisses de production des parc éoliens et photovoltaïques, car il communique directement avec le service de Météo France. Cette technologie a permis à EDF de diviser par 3 le nombre de jours de déconnexion des producteurs d’énergies renouvelables en 2016 et de diminuer de 80% les pertes d’électricité verte dite non inutilisable !

Le stockage d’énergie par des batteries de circulation

Dans la ville de Turlock, en Californie, la firme américaine, Enervault a associé un champ de panneaux photovoltaïques à une batterie à circulation d’électrolytes. Cette pile incroyable, nommée plus couramment flux redox, se compose de deux réservoirs séparés par une membrane. Grâce à une réaction chimique d’oxydoréduction, un échange d’électrons se produit ce qui génère de l’électricité. L’installation de Turlock est en mesure de stocker et de produire 250 kW pendant une durée de 4h environ.

Le stockage thermique (chaud – froid)

Le laboratoire Promes d’Odeillo-Perpignan travaille notamment sur le développement d’une centrale solaire thermodynamique. Des fours solaires captent les rayons du soleil grâce à des miroirs paraboliques tronqués à facettes. Ces récepteurs convertissent ces fortes températures en vapeur. Cet élément permet d’alimenter un générateur électrique, qui fonctionne de la même manière qu’une centrale thermique traditionnelle. Le surplus d’énergie n’est pas perdu. Il est conservé pour être exploité les jours, où le soleil fait défaut. Le stockage thermique possède, toutefois, un inconvénient. Il a besoin d’une grande quantité de sels de nitrate fondus. Les scientifiques réfléchissent sur des techniques alternatives comme par exemple remplacer ce composant par des céréales issues du traitement des déchets industriels.

Aujourd’hui, c’est l’hydrogène qui intéresse particulièrement les scientifiques

Le projet MYRTE (Mission hydrogène renouvelable pour l’intégration au réseau électrique) a imaginé une pile à combustible de type PEM (membrane à échange de protons) pour stocker l’énergie photovoltaïque. Cette dernière, inaugurée en janvier en Corse, s’appuie sur le principe du Power to Gas. Un électrolyseur convertit l’électricité en hydrogène et en oxygène durant les heures où la consommation est faible. La pile à combustible, qui reconvertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité, restitue ensuite cette énergie lors des pics de consommation, et notamment lorsque les panneaux photovoltaïques n’en produisent plus. Cela doit permettre d’optimiser la production et la distribution d’énergie. De plus, la chaleur produite par la pile à combustible et l’électrolyseur peuvent servir à alimenter les bâtiments environnants en chauffage ou en eau chaude.

Le volant en béton, un stockage inertiel

Heureuse lauréate du « Concours Mondial d’Innovation 2030 » en 2014 et du prix EDF-Pulse dans le domaine de la science en 2015, l’entreprise française, Energiestro a une idée en béton : créer un volant d’inertie en béton (VOSS). Cet appareil révolutionnaire permet de stocker, sous forme de rotation mécanique l’énergie. Entre 5 et 50 kwh sont ainsi conservés et cela durant une dizaine d’heures. Son principe est simple. Il restitue la nuit l’énergie solaire fabriquée au cours de la journée. Autres avantages et pas des moindres, VOSS a une durée de vie de plus de 20 ans, est insensible aux températures les plus extrêmes, ne comprend pas de composants toxiques (plomb, cadmium, lithium) et a un coût d’entretien minime. Pour réussir à atteindre ce résultat final, André et Anne Gennesseaux, les fondateurs de la société, ont dû surmonter plusieurs difficultés dont la résistance du béton en traction et l’optimisation du rendement.

La réflexion sur les nouvelles technologies permettant le stockage des énergies doit se poursuivre afin de limiter l’impact des variations de production d’énergies renouvelables et permettre leur pleine intégration dans la distribution d’électricité en France.

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Posté par Julie le 22 mars 2013