Accumulateurs électrochimiques, accumulateurs Redox flow, fabrication d'hydrogène par électrolyse de l'eau, stockage de chaleur (ATES), stockage d'air comprimé (CAES), station de transfert d'énergie par pompage (STEP), volant d'inertie, réseaux "intelligents"... De plus en plus stratégiques pour la sécurité des réseaux, les possibilités de stockage et de gestion des énergies renouvelables intermittentes comme le solaire photovoltaïque et l'éolien sont multiples. Mais les plus simples, sinon les plus "low tech", ne seront-elles pas les plus durables ?

Une centrale solaire photovoltaïque optimisée par une batterie à circulation d’électrolytes (ou redox flow) fer – chrome, vient d’être inaugurée en Californie. Installée dans un verger d’amandiers de la ville de Turlock, à environ 150 kilomètres à l’Est de San Francisco, cette centrale alimente en électricité les pompes du système d’irrigation de la plantation sans que l’on ait à utiliser le réseau en journée. Pouvant produire 250 kWh pendant quatre heures, la batterie lisse et complète la production directe des panneaux dont la puissance est de 185 KW en pointe tandis que le système d’irrigation consomme 225 kWh quand il est en service. Développé par la société EnerVault, start-up californienne spécialisée dans le stockage de l’énergie, cet accumulateur possède l’avantage de remplacer le coûteux vanadium par le fer et le chrome, meilleurs marchés.  Selon son PDG, Jim Pape, EnerVault peut “fabriquer à grande échelle ces systèmes rapidement”.

Voilà un exemple des actuels progrès des différentes méthodes de stockage de l’énergie, une notion qui devient de plus en plus stratégique au fur et à mesure où se développent les énergies renouvelables comme l’éolien et le photovoltaïque. En effet, le caractère intermittent de ces énergies pénalise leur intégration à grande échelle sur le réseau, et rend nécessaire de lisser dans le temps leur production.

Les batteries à circulation comme celle qui a été mise en service à Turlock, sont en fait des générateurs électrochimiques où se produisent des réactions d’oxydoréduction. Outre la version fer – chrome d’EnerVault, on trouve actuellement des accumulateurs redox flow qui fonctionnent au vanadium mais également au zinc et au brome ou encore au brome et au soufre. Les accumulateurs électrochimiques plus classiques fonctionnent eux selon les cas, avec du plomb, du nickel, du lithium, du sodium...

De l'hydrogène au stockage de chaleur

Mais il n’y a pas que les batteries pour stocker l’énergie. Il y a bien sûr en plus l’hydrogène qui s’obtient par électrolyse de l’eau et qui peut ensuite être plus ou moins facilement stockée sous forme gazeuse, liquide, et même solide. La conversion en électricité se fait ensuite grâce à une pile dite à combustible. On notera ici que l’électrolyse de l’eau et donc l’hydrogène peuvent être obtenus par une ferme éolienne comme par une centrale thermique à charbon. Comme l’électricité, l’hydrogène n’est donc pas forcément propre en terme de CO2.

Des chercheurs peuvent également travailler sur le stockage thermochimique et, avec plus de résultats pour l’instant, sur le stockage thermodynamique: liquifaction de l’air, stockage combiné de froid et de chaleur, stockage de chaleur dans des matériaux à haute température, stockage de chaleur en réservoir souterrain dans des aquifères naturels (ATES, Aquifer thermal energy storage). Quelques installations existent déjà comme en Allemagne, à Neubrandenburger Stadtwerke, où un ATES est en relation avec une centrale à gaz et à vapeur.

Stockage d'air comprimé

Une autre possibilité est de convertir le surplus d’électricité en air comprimé. C’est la technologies des CAES (Compress Air Energy Storage) dont des installations sont déjà opérationnelles en Allemagne et aux Etats-Unis. Une fois comprimé, l’air est stocké le temps voulu dans des cavités souterraines ou dans des réservoirs en surface. Quand on en a besoin, on le réchauffe dans une chambre de combustion et il part dans une turbine. Ce système fait néanmoins appel à l’utilisation de gaz et perd de l’énergie sous forme de chaleur lors de la compression. Des systèmes complémentaires de stockage de la chaleur sont donc à l’étude. En Californie, la start-up LightSail Energy (au capital de laquelle on trouve notamment le pétrolier Total) développe une technologie stockant cette chaleur dans un réservoir d’eau. En France, différents projets existent également: projet ANR Search (stockage d’électricité par air comprimé avec récupération de la chaleur de compression), projet Storewatt-Fives...

Volant d'inertie et gestion "intelligente" du réseau

Il est également possible de stocker très temporairement de l’énergie électrique sous forme d’énergie cinétique en faisant tourner une masse autour d’un axe par le biais de ce que l’on appelle le “volant d’inertie” qu’illustre entre autre le projet Flyprod soutenu par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) et coordonné par la start-up française Levisys. Développé au sein de la technopole de l’Aube, près de Troyes, ce projet a pour objectif de mettre en place une ligne de production de volants d’inertie de 40 KW. Dans cette technologie, l’énergie cinétique est immédiatement retransformée en énergie électrique quand le moteur est utilisé comme générateur. La rapidité d’action de ce système pourrait lui permettre d’optimiser la gestion de réseaux électriques, en parallèle du potentiel des réseaux intelligents (smart grids) sur lesquel travaille par exemple EDF avec ses opérations Millener (Corse, Réunion, Guadeloupe). Objectif là encore: optimiser l’utilisation des énergies renouvelables.

Transfert d'énergie par pompage

Enfin, il y a la technique qui consiste à utiliser l’énergie électrique pour pomper de l’eau et l’emporter en amont pour la stocker. Quand on veut récupérer l’énergie, il suffit de faire redescendre l’eau vers l’aval, ce qui va actionner une turbine et produire de l’électricité. Baptisé station de transfert d’énergie par pompage (STEP), cette méthode déjà ancienne et bien éprouvée est déjà utilisée en montagne. Elle est développée en Chine, aux Etats-Unis, au Japon, en Italie... En France, la plus grande STEP est l’ensemble constitué par les retenues de Grand Maison et du Verney, dans l’Isère. EDF étudie la possibilité de développer ces procédés au niveau de falaises en bord de mer (Guadeloupe, Réunion, Normandie...) tandis que GDF-Suez pense à des STEP souterraines. Bien sûr, l’une des difficultés est de trouver les sites où une telle installation est possible. Cependant, son côté assez simple, "low tech", assure d'emblée à cette technique une certaine durabilité. Cette durabilité reste en revanche à étudier dans le cas de méthodes de stockage plus "higt tech" et dans le cas des batteries utilisant des composants qui peuvent, comme le pétrole, se raréfier...

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