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Comment fonctionne le stockage d’énergie

Le réseau électrique est un système complexe dans lequel l’offre et la demande d’électricité doivent être égales à tout moment. Des ajustements constants de l’offre sont nécessaires pour que les changements prévisibles de la demande. Tels que les schémas quotidiens de l’activité humaine, ainsi que les changements inattendus résultant de surcharges d’équipement et de tempêtes. Le stockage d’énergie joue un rôle important dans cet exercice d’équilibre. Et contribue à créer un système de réseau plus flexible et fiable. 

Par exemple, lorsque l’offre est supérieure à la demande. Par exemple la nuit lorsque des centrales électriques à faible coût continuent de fonctionner. Le système peut utiliser la production excédentaire d’électricité pour alimenter des dispositifs de stockage. Lorsque la demande est supérieure à l’offre, les installations de stockage peuvent décharger leur énergie stockée vers le réseau. 

Le pompage des eaux derrière les barrages hydroélectriques est utilisé depuis des décennies. Comme forme de stockage qui absorbe la capacité excédentaire du réseau et le restitue plus tard au besoin. À l’avenir, à mesure que de nouvelles technologies de stockage émergeront. Et que les États-Unis passeront à une économie énergétique plus propre. Le stockage de l’énergie devrait jouer un rôle encore plus important.

Les avantages du stockage d’énergie

Étant donné que certaines technologies d’énergies renouvelables. Telles que l’éolien et le solaire – ont des rendements variables. Les technologies de stockage offrent un potentiel considérable pour lisser l’offre d’électricité provenant de ces sources. Et garantir que l’offre de production correspond à la demande. 

Les utilisateurs apprécient également le stockage de l’énergie pour sa réactivité. En effet, la plupart des technologies de stockage peuvent commencer à décharger l’électricité sur le réseau très rapidement. Tandis que les sources de combustibles fossiles ont tendance à mettre plus de temps à augmenter. Cette réponse rapide est importante pour assurer la stabilité du réseau en cas d’augmentation inattendue de la demande.

Le stockage d’énergie devient également plus important à mesure que vous vous éloignez du réseau électrique. Par exemple, lorsque vous allumez les lumières de votre maison, l’alimentation provient du réseau. Mais lorsque vous allumez une lampe de poche en camping, vous devez compter sur l’énergie stockée dans les piles. De même, les maisons éloignées du réseau de transport sont plus vulnérables aux perturbations que celles des grandes régions métropolitaines. Les îles et les micro-réseaux déconnectés du système de réseau électrique plus important dépendent du stockage d’énergie. Afin d’assurer la stabilité de l’alimentation, tout comme vous dépendez des piles de votre lampe de poche pendant le camping.

Capacité de stockage d’énergie actuelle

Le stockage hydroélectrique pompé représente environ 96% de cette capacité de stockage totale. Dont la plupart ont été construits dans les années 1960 et 1970 pour accompagner le nouveau parc de centrales nucléaires. Étant donné que les centrales nucléaires ne sont pas conçues pour augmenter ou réduire leur production. Leur production est constante à toutes les heures de la journée. Lorsque la demande d’électricité est faible la nuit, les centrales hydroélectriques pompées stockent l’énergie des centrales nucléaires. Pour une utilisation ultérieure en période de pointe. Ces centrales hydroélectriques à pompe se sont révélées utiles pour s’adapter rapidement à de petites variations de la demande. 

Les installations de stockage émergentes nous permettront de stocker l’énergie générée par les ressources éoliennes et solaires. Ceci sur des délais plus courts pour atténuer la variabilité. Et sur des cycles plus longs pour remplacer toujours plus de combustibles fossiles. En chargeant les installations de stockage d’énergie produite à partir de sources renouvelables. Nous pouvons réduire nos émissions de gaz à effet de serre et notre dépendance aux combustibles fossiles. 

Bien que le réseau électrique américain ne nécessite plus nécessairement de stockage. Alors, la capacité de stockage deviendra de plus en plus importante à mesure que le vent, le soleil et d’autres sources d’énergie renouvelables variables se développeront dans le mix énergétique. Des études ont montré que le réseau existant pouvait supporter une augmentation considérable de la production variable, mais de nombreuses technologies en cours de développement pourraient nous aider à stocker de l’énergie à l’avenir et à supporter une quantité encore plus grande d’énergie renouvelable sur le réseau.

Technologies de stockage d’énergie

Différentes technologies de stockage d’énergie contribuent à la stabilité de l’électricité. Ceci, en fonctionnant 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 de l’eau, des sels fondus ou d’autres fluides. Cette énergie stockée est ensuite utilisée pour produire de l’électricité. Permettant ainsi l’utilisation de l’énergie solaire même après le coucher du soleil.

Les utilisateurs exploitent actuellement des installations de ce type 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 de sel fondu. Avec une tour solaire à concentration pour fournir de l’électricité à environ 68 000 foyers chaque année.

Des technologies de stockage thermique existent également pour le stockage d’énergie finale. L’une des méthodes consiste à geler de l’eau la nuit à l’aide d’électricité pendant les heures creuses. Puis à libérer de la glace l’énergie froide stockée pour faciliter la climatisation pendant la journée.

Par exemple, le système Ice Bear de Ice Energy crée un bloc de glace la nuit. Puis utilise la glace le jour pour condenser le réfrigérant du système de climatisation. De cette manière, le système Ice Bear fait passer la consommation d’électricité du bâtiment des heures de pointe. Le jour aux heures creuses lorsque l’électricité est moins chère. En outre, la Bonneville Power Administration mène un programme pilote sur le stockage de la production éolienne excédentaire.

Air comprimé

Le stockage d’énergie à air comprimé (CAES) fonctionne également comme une technologie de stockage de production en utilisant l’énergie potentielle élastique de l’air comprimé pour améliorer l’efficacité des turbines à gaz conventionnelles. 

Les systèmes CAES compressent l’air à l’aide d’électricité pendant les heures creuses, puis stockent l’air dans des cavernes souterraines. En période de pointe, l’air est extrait du stockage et alimenté au gaz naturel dans une turbine à combustion pour produire de l’électricité. Cette méthode utilise seulement un tiers du gaz naturel utilisé dans les méthodes conventionnelles. Parce que les usines CAES nécessitent une sorte de réservoir souterrain, elles sont limitées par leur emplacement. Deux usines commerciales de CAES fonctionnent actuellement à Huntorf, en Allemagne, et à MacIntosh, en Alabama, bien que des usines aient été proposées dans d’autres régions des États-Unis.

Hydrogène

Plusieurs dispositifs peuvent utiliser L’hydrogène comme carburant à zéro carbone pour la production. L’excès d’électricité peut être utilisé pour créer de l’hydrogène, qui peut être stocké et utilisé ultérieurement dans des piles à combustible, des moteurs ou des turbines à gaz pour générer de l’électricité sans produire d’émissions nocives. NREL a étudié le potentiel de création d’hydrogène à partir de l’énergie éolienne et de son stockage dans les tours d’éoliennes afin de générer de l’électricité lorsque le vent ne souffle pas.

Stockage hydroélectrique pompé

Le stockage hydroélectrique pompé offre un moyen de stocker de l’énergie au stade de la transmission du réseau, en stockant la production excédentaire pour une utilisation ultérieure. 

De nombreuses centrales hydroélectriques comprennent deux réservoirs situés à différentes altitudes. Ces usines stockent l’énergie en pompant de l’eau dans le réservoir supérieur lorsque l’offre dépasse la demande. Lorsque la demande dépasse l’offre, le système libère l’eau dans le réservoir inférieur en descendant dans des turbines pour produire de l’électricité.

Avec plus de 22 GW de capacité installée aux États-Unis, le stockage hydroélectrique pompé est le plus grand système de stockage en exploitation à ce jour. Cependant, le long processus d’autorisation et le coût élevé du stockage par pompage rendent tout autre projet improbable.

Volants

Les volants d’inertie peuvent offrir divers avantages au réseau, que ce soit au niveau du transport ou de la distribution. En stockant l’électricité sous la forme d’une masse en rotation. 

L’appareil a la forme d’un cylindre et contient un grand rotor à l’intérieur d’un vide. Lorsque le volant d’inertie est alimenté par le réseau. Le rotor accélère à des vitesses très élevées, stockant l’électricité sous forme d’énergie de rotation. Pour décharger l’énergie emmagasinée, le rotor bascule en mode génération. Ralentit et fonctionne à l’énergie inertielle, renvoyant ainsi de l’électricité au réseau.

Les volants d’inertie ont généralement une longue durée de vie et nécessitent peu d’entretien. Les appareils ont également une efficacité élevée et des temps de réponse rapides. Car vous pouvez les placer presque n’importe où. Les volants d’inertie peuvent être situés près des consommateurs et stocker de l’électricité pour la distribution.

Alors qu’un seul appareil à volant a une capacité typique de l’ordre du kilowatt. De nombreux volants peuvent être connectés dans une «ferme à volant» pour créer une installation de stockage. L’usine de stockage d’énergie à volant d’inertie Stephentown de Beacon Power. Est la plus grande installation à volant d’inertie des États-Unis, avec une capacité de 20 MW d’exploitation.

Piles

Vous pouvez utiliser les piles. Comme celles d’une lampe de poche ou d’un téléphone portable pour stocker de l’énergie à grande échelle.

À l’instar des volants, les batteries peuvent être placées n’importe où. Elles sont donc souvent considérées comme un espace de stockage pour la distribution. Lorsqu’une installation de batteries est située à proximité de consommateurs afin de fournir une stabilité d’alimentation. Ou utilisation finale, comme les batteries dans les véhicules électriques. 

Il existe de nombreux types de batteries offrant un potentiel de stockage d’énergie à grande échelle. Notamment les batteries au sodium-soufre, au métal-air, aux ions lithium et au plomb. Il y a plusieurs installations de batteries dans les parcs éoliens. Y compris le projet de démonstration de stockage éolien de Notrees au Texas. Qui utilise une installation de batterie de 36 MW. Pour assurer la stabilité de l’alimentation électrique même lorsque le vent ne souffle pas.

Les scientifiques ont réalisé du progrès dans les technologies de batterie. En grande partie grâce au développement du secteur des véhicules électriques. Alors que les scientifiques réalisent de plus en plus de développements avec les véhicules électriques. Le coût de la batterie devrait continuer à diminuer. Les véhicules électriques pourraient également avoir un impact sur le stockage d’énergie grâce aux technologies de véhicule à réseau. Dans lesquelles on connecte leurs batteries  au réseau et décharger de l’énergie pour que d’autres puissent l’utiliser.

L’avenir du stockage de l’énergie

Les scientifiques cherchent sans arrêt de nouvelles technologies de stockage d’énergie. Certaines barrières risquent de ralentir la commercialisation de ces technologies.

Le stockage d’énergie est coûteux, en particulier sans politiques qui attribuent une valeur monétaire aux avantages uniques du stockage. De plus, aucune capacité de stockage supplémentaire n’est actuellement nécessaire pour maintenir la fiabilité du réseau électrique. Sans besoin opérationnel, il est difficile pour le stockage d’être rentable à l’heure actuelle. En outre, le stockage n’a pas fait ses preuves en ce qui concerne les grands projets à échelle commerciale. Ceci rend difficile le déploiement de nouveaux projets.

Malgré ces obstacles potentiels, certains programmes et stratégies peuvent contribuer à orienter le développement. Et le déploiement de technologies de stockage. Le programme de stockage de l’énergie du ministère de l’Énergie étudie différentes technologies de stockage. Et collabore étroitement avec l’industrie dans le cadre de programmes de stockage pilotes.

 Le déploiement des technologies

Le déploiement des technologies de stockage peut également être avancé grâce aux normes d’électricité renouvelable (RES). Certains États considèrent les technologies de stockage comme une source d’énergie renouvelable acceptable dans leurs sources d’énergie renouvelables. Tandis que d’autres accordent des crédits d’énergie renouvelable  à la production d’énergie à partir de dispositifs de stockage.

La Fédéral Energie Regulatory Commission (FERC)

L’agence chargée de la régulation du réseau électrique a mis en place une structure de tarification. Celle ci permet aux technologies de stockage et aux autres ressources à forte croissance. De bénéficier d’un prix plus élevé pour leurs services. Cette structure de tarification, appelée Pay-for-Performance, reconnaît la valeur d’une réponse rapide pour la stabilité du réseau. Pay-for-Performance a le potentiel de rendre les technologies de stockage plus rentables à l’échelle commerciale. Un crédit d’impôt à l’investissement aiderait également à accélérer le déploiement des technologies de stockage. 

Avec le soutien du gouvernement et de l’industrie. Les technologies de stockage d’énergie peuvent continuer à se développer et se développer. En effet, elles contribuent au déploiement croissant de sources d’énergie renouvelables variables. Et au stockage d’une quantité toujours croissante d’énergie propre et renouvelable à l’avenir.

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