Différents moyens de stockage de l’électricité

Le stockage passe le plus souvent par une forme d’énergie intermédiaire (gravitaire, compression, chimique, cinétique, thermique …) issue par conversion de l’électricité de base produite . Cette énergie intermédiaire est par la suite convertie en énergie électrique suivant les besoins de l’utilisateur.

Voici différentes énergies intermédiaires de stockage (sources, techniques de l’ingénieur « Stockage d’électricité dans les systèmes électriques », référence D4030, données de 1998) :
-Gravitaire dans un système de pompage
-Thermique dans un système de chaleur latente ou sensible
-Pression dans un système compression d’air
-Chimique dans un système d’accumulateurs électrochimiques
-Chimique dans un système de stockage par électrolyse/hydrogène/pile à combustible
-Cinétique dans système à volant d’inertie
-Electromagnétique dans un système à courant permanent dans une bobine supraconductrice
-Electrostatique dans un système à super condensateur

Tableau comparatif de ces différentes énergies intermédiaires :

(Source : Technique de l’ingénieur)

Parmi toutes ces énergies intermédiaires, certaines sont technologiquement matures comme le pompage hydraulique (gravitaire), les batteries d’accumulateurs électrochimiques (chimique) et les supercondensateurs (électrostatique). D’autres sont à l’état de prototype plus ou moins avancé comme la compression d’air (pression). Le stockage par électrolyse de l’eau et pile à combustible sont dans le domaine de la recherche.tout comme le stockage de la chaleur (thermique), le volant d’inertie (cinétique) et le courant permanent dans une bobine supraconductrice (électromagnétique) .

Le tableau ci-après présente brièvement les différents moyens de stockage ainsi que leurs avantages et inconvénients :

(Source JCH-INES-2003)

Pour un site isolé, la rétention de la charge en énergie intermédiaire doit être suffisamment grande pour l’application et le type d’énergie renouvelable. En effet, l’application nécessite de l’énergie durant la nuit alors que l’énergie renouvelable est le solaire photovoltaïque, d’où le besoin d’une rétention quotidienne, voire plus si l’on considère les intempéries (plusieurs jours d’autonomie sans soleil avec risque de non couverture des besoins si la période d’intempéries est plus grande, une solution est l'utilisation d’une énergie d’appoint comme un groupe électrogène). En prenant le cas de la petite hydroélectricité avec une rivière à sec l’été et un besoin permanent sur l’année, la rétention de la charge devra alors être saisonnière.

Actuellement, le seul stockage couramment utilisé est le stockage par batteries par sa simplicité d’utilisation (avec le pompage turbinage). Ce stockage est adapté pour des capacités d’énergie assez faible (<100kWh) car il revient vite cher et pour un temps assez court (quelques semaines) du fait de l’autodécharge. Parmi les autres moyens de stockage de l’énergie, l’hydrogène se distingue par sa capacité à se stocker longtemps en en grande quantité (il est aussi transportable) comme le gaz naturel (avec les normes de sécurité). Le coût de stockage de l’hydrogène devrait être assez bon marché, par contre, la conversion électricité photovoltaïque en H2 puis H2 en électricité est onéreuse. Le marché des électrolyseurs est faible et composé surtout de grosses unités, les prix devraient descendre avec de la R&D sur de plus petits électrolyseurs et une demande du marché pour la production d’hydrogène décentralisé. Le coût des piles à combustible chute régulièrement (par dix en dix ans), tiré par les constructeurs automobiles qui sont intéressés par un coût de 50 $/kW pour de futur véhicules non polluants.

Coût du stockage H2 avec électrolyseur et pile à combustible (estimation 2002) :
- Electrolyseur : 2 000 € /kW en 2000 (marché actuel faible et pour grosses unités, rendement 70-80%)
- Stockage H2 : 40€/Nm3 ou 10 €/kWh (1 Nm3 = 3,5 kWh PCS)
- PAC PEMFC : 2 000 €/kW en 2000 (rendement 50%, 75% avec PAC SOFC + turbine à vapeur)

Le stockage par batteries

Les principales technologies utilisées actuellement le plomb-acide, le Nickel-Cadmium, Nickel-Metal Hydride et Lithium-ion

Tableau décrivant les principales caractéristiques des ces technologies :

(Source : Technique de l’ingénieur) (note , PdD signifie profondeur de décharge)

Pour des applications en sites isolés, donc stationnaires, les facteurs déterminants sont le coût, le rendement, la durée de vie et les capacités disponibles pour stocker des énergies assez élevées. Pour ce dernier point, seul le cadmium Nickel peut rivaliser avec le plomb mais la technologie Ni-Cd devrait à terme disparaît, pour cause de toxicité du cadmium. En fait, le principal moyen de stockage largement utilisé est celui par batteries au plomb-acide, malgré les dangers de ces éléments. Les autres types de batteries sont utilisés dans le cas de petits systèmes stationnaire de quelques watts (principalement dans le domaine professionnel où les coûts sont moins importants) et pour les applications mobiles où le rapport énergie/poids est important.