Technologies de stockage de l’énergie
Différentes technologies de stockage de l’énergie contribuent à la stabilité de l’électricité en travaillant à différents stades du réseau, de la production à l’utilisation finale par le consommateur.
Stockage thermique
Le stockage thermique est utilisé pour la production d’électricité en utilisant l’énergie du soleil, même lorsque le soleil ne brille pas. Les centrales solaires à concentration peuvent capter la chaleur du soleil et stocker l’énergie dans l’eau, les sels fondus ou d’autres fluides. Cette énergie stockée est ensuite utilisée pour produire de l’électricité, ce qui permet d’utiliser l’énergie solaire même après le coucher du soleil.
Des centrales de ce type sont actuellement en service ou proposées en Californie, en Arizona et au Nevada . Par exemple, le projet d’énergie solaire Rice proposé à Blythe, en Californie, utilisera un système de stockage à sel fondu avec une tour solaire à concentration pour fournir de l’énergie à environ 68 000 foyers chaque année.
Les technologies de stockage thermique existent également pour le stockage de l’énergie au niveau de l’utilisation finale. Une méthode consiste à congeler de l’eau la nuit en utilisant l’électricité en heures creuses, puis à libérer l’énergie froide stockée de la glace pour aider à la climatisation pendant la journée .
Par exemple, le système Ice Bear d’Ice Energy crée un bloc de glace la nuit, puis utilise la glace pendant la journée pour condenser le réfrigérant du système de climatisation . De cette façon, le système Ice Bear déplace la consommation d’électricité du bâtiment des heures de pointe de la journée vers les heures creuses où l’électricité est moins chère. En outre, la Bonneville Power Administration mène un programme pilote sur le stockage de la production éolienne excédentaire dans les chauffe-eau résidentiels .
Air comprimé
Le stockage d’énergie à air comprimé (CAES) fonctionne également comme une technologie de stockage de la génération en utilisant l’énergie potentielle élastique de l’air comprimé pour améliorer les rendements des turbines à gaz conventionnelles.
Les systèmes CAES compriment l’air en utilisant l’électricité pendant les périodes creuses, puis stockent l’air dans des cavernes souterraines. Pendant les périodes de pointe, l’air est extrait du stockage et brûlé avec du gaz naturel dans une turbine à combustion pour produire de l’électricité . Cette méthode n’utilise qu’un tiers du gaz naturel utilisé dans les méthodes conventionnelles. Comme les centrales à cycle combiné nécessitent une sorte de réservoir souterrain, elles sont limitées par leur emplacement. Deux centrales CAES commerciales fonctionnent actuellement à Huntorf, en Allemagne, et à MacIntosh, en Alabama, bien que des centrales aient été proposées dans d’autres régions des États-Unis.
Hydrogène
L’hydrogène peut être utilisé comme un combustible à zéro carbone pour la production. L’électricité excédentaire peut être utilisée pour créer de l’hydrogène, qui peut être stocké et utilisé plus tard dans des piles à combustible, des moteurs ou des turbines à gaz pour produire de l’électricité sans produire d’émissions nocives . Le NREL a étudié le potentiel de création d’hydrogène à partir de l’énergie éolienne et de son stockage dans les tours des éoliennes pour la production d’électricité lorsque le vent ne souffle pas .
Le stockage hydroélectrique par pompage
Le stockage hydroélectrique par pompage offre un moyen de stocker l’énergie à l’étape de transmission du réseau, en stockant la production excédentaire pour une utilisation ultérieure.
De nombreuses centrales hydroélectriques comprennent deux réservoirs à des altitudes différentes. Ces centrales stockent l’énergie en pompant de l’eau dans le réservoir supérieur lorsque l’offre dépasse la demande. Lorsque la demande dépasse l’offre, l’eau est libérée dans le réservoir inférieur en descendant à travers des turbines pour produire de l’électricité.
Avec plus de 22 GW de capacité installée aux États-Unis, le stockage hydroélectrique par pompage est le plus grand système de stockage en exploitation aujourd’hui . Cependant, le long processus d’autorisation et le coût élevé du stockage par pompage rendent peu probables d’autres projets.
Les volants d’inertie
Les volants d’inertie peuvent fournir une variété d’avantages au réseau au niveau de la transmission ou de la distribution, en stockant l’électricité sous la forme d’une masse tournante.
Le dispositif a la forme d’un cylindre et contient un grand rotor à l’intérieur d’un vide. Lorsque le volant d’inertie tire de l’énergie du réseau, le rotor accélère à des vitesses très élevées, stockant l’électricité sous forme d’énergie de rotation. Pour décharger l’énergie stockée, le rotor passe en mode génération, ralentit et fonctionne sur l’énergie inertielle, renvoyant ainsi l’électricité au réseau.
Les volants d’inertie ont généralement une longue durée de vie et nécessitent peu de maintenance. Ces dispositifs ont également des rendements élevés et des temps de réponse rapides. Parce qu’ils peuvent être placés presque n’importe où, les volants d’inertie peuvent être situés près des consommateurs et stocker l’électricité pour la distribution.
Bien qu’un seul dispositif de volant d’inertie ait une capacité typique de l’ordre de kilowatts, de nombreux volants d’inertie peuvent être connectés dans une « ferme de volants d’inertie » pour créer une installation de stockage de l’ordre de mégawatts . L’usine de stockage d’énergie à volant d’inertie Stephentown de Beacon Power à New York est la plus grande installation à volant d’inertie des États-Unis, avec une capacité de fonctionnement de 20 MW .
Batteries
Les batteries, comme celles d’une lampe de poche ou d’un téléphone portable, peuvent également être utilisées pour stocker de l’énergie à grande échelle.
Comme les volants d’inertie, les batteries peuvent être situées n’importe où, de sorte qu’elles sont souvent considérées comme un stockage pour la distribution, lorsqu’une installation de batteries est située près des consommateurs pour assurer la stabilité de l’alimentation ; ou l’utilisation finale, comme les batteries dans les véhicules électriques.
Il existe de nombreux types de batteries qui ont un potentiel de stockage d’énergie à grande échelle, notamment les batteries sodium-soufre, métal-air, lithium-ion et plomb-acide. Il existe plusieurs installations de batteries dans des parcs éoliens ; notamment le projet de démonstration de stockage éolien de Notrees au Texas, qui utilise une installation de batteries de 36 MW pour aider à assurer la stabilité de l’alimentation électrique même lorsque le vent ne souffle pas .
Les progrès dans les technologies de batteries ont été réalisés en grande partie grâce à l’expansion de l’industrie des véhicules électriques (VE). Comme plus de développements sont faits avec les EV, le coût de la batterie devrait continuer à diminuer . Les véhicules électriques pourraient également avoir un impact sur le stockage de l’énergie grâce aux technologies de véhicule à réseau, dans lesquelles leurs batteries peuvent être connectées au réseau et décharger de l’énergie pour que d’autres puissent l’utiliser.