Dispositifs de stockage d'énergie modernes, les types de stockage d'énergie les plus courants
Dispositifs de stockage d'énergie sont des systèmes qui stockent l'énergie sous diverses formes, telles que électrochimique, cinétique, potentielle, électromagnétique, chimique et thermique, en utilisant par exemple des piles à combustible, des batteries, des condensateurs, des volants d'inertie, de l'air comprimé, des accumulateurs hydrauliques, des superaimants, de l'hydrogène, etc. .
Les dispositifs de stockage d'énergie sont une ressource importante et sont souvent utilisés pour fournir une alimentation électrique ininterrompue ou pour soutenir le système électrique pendant des périodes d'instabilité à très court terme. Ils jouent également un rôle important dans les systèmes d'énergie renouvelable autonomes.
Les principaux critères pour les dispositifs de stockage d'énergie requis pour une application spécifique sont :
- la quantité d'énergie en termes d'énergie spécifique (en Wh · kg -1) et de densité d'énergie (en Wh · kg -1 ou Wh · l -1);
- puissance électrique, c'est-à-dire charge électrique requise ;
- volume et masse;
- fiabilité;
- durabilité;
- sécurité;
- prix;
- recyclable;
- impact sur l'environnement.
Lors du choix des dispositifs de stockage d'énergie, les caractéristiques suivantes doivent être prises en compte :
- pouvoir spécifique;
- capacité de stockage;
- énergie spécifique;
- temps de réaction;
- efficacité;
- taux d'autodécharge / cycles de charge ;
- sensibilité à la chaleur;
- durée de vie charge-décharge ;
- impact sur l'environnement;
- coûts d'investissement / d'exploitation ;
- service.
Les dispositifs de stockage d'énergie électrique font partie intégrante des appareils de télécommunication (téléphones portables, téléphones, talkies-walkies, etc.), des systèmes d'alimentation de secours et des véhicules électriques hybrides sous forme de composants de stockage (batteries, supercondensateurs et piles à combustible).
Les dispositifs de stockage d'énergie, qu'ils soient électriques ou thermiques, sont reconnus comme des technologies énergétiques propres de base.
Le stockage d'énergie à long terme a un grand potentiel pour un monde où l'énergie éolienne et solaire domine l'ajout de nouvelles centrales électriques et remplace progressivement d'autres sources d'électricité.
L'éolien et le solaire ne produisent qu'à certains moments, ils ont donc besoin d'une technologie supplémentaire pour aider à combler les lacunes.
Dans un monde où la part de la production d'électricité intermittente, saisonnière et aléatoire augmente et où le risque de désynchronisation avec la consommation augmente, le stockage rend le système plus flexible en absorbant tous les déphasages entre la production et la consommation d'énergie.
Les accumulateurs servent principalement de tampon et permettent une gestion et une intégration plus faciles des sources d'énergie renouvelables à la fois dans le réseau et dans les bâtiments, offrant une certaine autonomie en l'absence de vent et de soleil.
Dans les systèmes de générateur, ils peuvent économiser du carburant et aider à éviter les inefficacités du générateur en servant la charge pendant les périodes de faible demande de puissance lorsque le générateur est le moins efficace.
En atténuant les fluctuations de la production d'énergie renouvelable, le stockage de l'énergie peut également réduire la fréquence des démarrages des générateurs.
Dans les systèmes éoliens et diesel à fort pouvoir de pénétration (où la puissance éolienne installée dépasse la charge moyenne), même une très petite quantité de stockage réduit considérablement la fréquence des démarrages du diesel.
Les types les plus courants de dispositifs de stockage d'énergie industriels :
Dispositifs de stockage d'énergie industriels
Dispositifs de stockage d'énergie électrochimique
Les batteries, en particulier les batteries au plomb, restent le dispositif de stockage d'énergie prédominant.
De nombreux types de batteries concurrentes (nickel-cadmium, nickel-hydrure métallique, lithium-ion, sodium-soufre, métal-air, batteries à circulation) surpassent les batteries plomb-acide dans un ou plusieurs aspects de la performance tels que la durée de vie, l'efficacité, la densité d'énergie , le taux de charge et de décharge, les performances par temps froid ou l'entretien requis.
Dans la plupart des cas, cependant, leur faible coût par kilowattheure de capacité fait des batteries au plomb le meilleur choix.
Des alternatives telles que les volants d'inertie, les supercondensateurs ou le stockage d'hydrogène pourraient connaître un succès commercial à l'avenir, mais elles sont rares aujourd'hui.
Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont désormais une source d'alimentation moderne pour tous les appareils électroniques grand public modernes. La densité d'énergie volumétrique des batteries lithium-ion prismatiques pour l'électronique portable a été multipliée par trois au cours des 15 dernières années.
Alors que plusieurs nouvelles applications pour les batteries Li-ion émergent, telles que les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie, la conception des cellules et les exigences de performance changent constamment et présentent des défis uniques aux fabricants de batteries traditionnelles.
Ainsi, la forte demande pour un fonctionnement sûr et fiable des batteries lithium-ion à haute énergie et haute densité de puissance devient inévitable.
Application des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique dans l'industrie électrique :
Usines d'accumulateurs, l'utilisation de batteries pour stocker l'énergie électrique
Supercondensateurs électrochimiques
Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage d'énergie électrochimique qui peuvent être complètement chargés ou déchargés en quelques secondes.
Avec leur densité de puissance plus élevée, leurs coûts de maintenance réduits, leur large plage de températures et leur cycle de service plus long que les batteries secondaires, les supercondensateurs ont fait l'objet d'une attention considérable dans la recherche au cours de la dernière décennie.
Ils ont également une densité d'énergie plus élevée que les condensateurs diélectriques électriques conventionnels.La capacité de stockage d'un supercondensateur dépend de la séparation électrostatique entre les ions de l'électrolyte et les électrodes de grande surface.
L'énergie spécifique plus faible des supercondensateurs par rapport aux batteries lithium-ion est un frein à leur généralisation.
L'amélioration des performances des supercondensateurs est nécessaire pour répondre aux besoins des futurs systèmes, de l'électronique portable aux véhicules électriques et aux gros équipements industriels.
Les supercondensateurs en détail :
Ionistes (supercondensateurs) — dispositif, application pratique, avantages et inconvénients
Stockage d'énergie à air comprimé
Le stockage d'énergie par air comprimé est un moyen de stocker l'énergie produite à un moment donné pour l'utiliser à un autre moment. À l'échelle des services publics, l'énergie générée pendant les périodes de faible demande d'énergie (heures creuses) peut être libérée pour répondre aux périodes de forte demande (charge de pointe).
Le stockage isotherme à air comprimé (CAES) est une nouvelle technologie qui tente de surmonter certaines des limitations des systèmes traditionnels (diabatiques ou adiabatiques).
Stockage d'énergie cryogénique
La Grande-Bretagne prévoit de construire 250 MWh de stockage d'air liquéfié. Il sera associé à un parc d'énergies renouvelables et compensera leurs interruptions.
La mise en service est prévue pour 2022. Les unités de stockage d'énergie cryogénique fonctionneront en lien avec le Trafford Energy Park près de Manchester, où une partie de la production d'électricité provient de panneaux photovoltaïques et d'éoliennes.
Cette installation de stockage compensera les interruptions dans l'utilisation de ces sources d'énergie renouvelables.
Le principe de fonctionnement de cette installation sera basé sur deux cycles de changement de climatiseur.
L'énergie électrique sera utilisée pour aspirer l'air puis le refroidir à très basse température (-196 degrés) jusqu'à ce qu'il devienne liquide. Il sera ensuite stocké dans de grands réservoirs isolés à basse pression spécialement adaptés à cet usage.
Le deuxième cycle aura lieu lorsqu'il y aura un besoin d'énergie électrique. Le liquide cryogénique est chauffé par un échangeur de chaleur pour poursuivre la vaporisation et le ramener à l'état gazeux.
L'évaporation du liquide cryogénique provoque l'expansion du volume de gaz, ce qui entraîne des turbines qui génèrent de l'électricité.
Dispositifs de stockage d'énergie cinétique
Un volant d'inertie est un dispositif mécanique rotatif utilisé pour stocker l'énergie de rotation. Le volant d'inertie peut capter l'énergie de sources d'énergie intermittentes au fil du temps et fournir un approvisionnement continu en énergie électrique au réseau.
Les systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie utilisent l'énergie électrique d'entrée qui est stockée sous forme d'énergie cinétique.
Bien que la physique des systèmes mécaniques soit souvent assez simple (comme tourner un volant d'inertie ou soulever des poids), les technologies qui permettent d'utiliser ces forces de manière efficace et efficiente sont particulièrement avancées.
Des matériaux de haute technologie, les derniers systèmes de contrôle par ordinateur et une conception innovante rendent ces systèmes adaptés aux applications réelles.
Les systèmes UPS pour le stockage cinétique commercial se composent de trois sous-systèmes :
- dispositifs de stockage d'énergie, généralement un volant d'inertie ;
- dispositifs de distribution ;
- un générateur séparé qui peut être démarré pour fournir une puissance tolérante aux pannes sur la capacité de stockage d'énergie.
Le volant d'inertie peut être intégré à un générateur de secours, ce qui améliore la fiabilité en connectant directement les systèmes mécaniques.
En savoir plus sur ces appareils :
Dispositifs de stockage d'énergie cinétique pour l'industrie de l'énergie
Stockage d'énergie magnétique supraconducteur à haute température (SMES) pour les réseaux électriques :
Comment fonctionnent et fonctionnent les systèmes supraconducteurs de stockage d'énergie magnétique