Stockage de l'énergie

L'un des inconvénients majeurs de l’énergie éolienne et des énergies renouvelables en général est son intermittence due au caractère intermittent du vent. C'est pourquoi les systèmes de stockage auront un rôle important dans le développement de l’énergie éolienne dans les années à venir.

L'électricité produite dans les périodes de faible consommation (la nuit et week-end) par les éoliennes doit être stockée pour être restituée ensuite pendant les périodes où le vent sera plus faible.

Utilisation d'accumulateurs (batterie plomb-acide), ce mode de stockage nécessite un système de contrôle de la charge et de la décharge des batteries afin d’éviter d’endommager les batteries par des décharges profondes ou des surcharges. Un projet de grande envergure utilisant des batteries fer-phosphate d'une durée de vie de 20 ans construite par le fabricant chinois BYD a été construit en Chine. Baptisé State Gris Project il est implanté à Zhangbei et dispose d'une capacité de stockage de 36 MWh couplé avec des moyens de production à base d'énergies renouvelable (40 MW de photovoltaïque et 100 MW d'éolien) totalisant puissance de 140 MW ¹⁾.

Un projet de système de stockage d'énergie (SSE) de grande capacité de 2,3 mégawatts (MW) et 2 x 700 kWh utilisant des batteries Li-ion développées par Saft équipera le parc éolien de Húsahagi sur l'archipel des îles Féroé d'ici décembre 2015. ²⁾

• bon rendement (de l'ordre de 0,8)
• bien adapté aux fluctuations propres au vent
• moin couteux

• les accumulateurs sont polluants (plomb), mais ils peuvent être recyclé en grande partie. Cependant le taux de recyclage reste faible : 70% aux États-Unis, 60% en Europe, 50% en Afrique et 30% en Asie ³⁾. Dans le cadre d'un projet EnR, le recyclage des batteries rentre dans une démarche globale, c'est pourquoi arriver à un taux de 100% est important.
• durée de vie limitée des accumulateurs (7 à 15 ans) ⁴⁾
• système lourd et encombrant (densité moyenne d'énergie des batteries solaires ouvertes : 40 Wh/kg) ⁵⁾
• portabilité réduite (poids et encombrement important des accumulateurs)
• encore chère : entre 20 et 70 $ /kW/an
• inadapté aux grandes puissances
• l’énergie grise des batteries est rarement récupérée (on récupère au mieux 5 à 6 fois l'énergie grise durant toute la durée de vie de la batterie) ⁶⁾

Les supercondensateur peuvent être utilisé pour permettre un lissage de la production d'électricité d'un parc éolien. Un système pilote de démonstration est en test en Chine avec la société Maxwell.

L'avantage des supercondensateurs par rapport aux batteries conventionnelles est la possibilité de celui-ci de se charger et décharger plus rapidement. Les supercondensateurs offrent également une durée de vie plus longue et supportent des températures plus basses.

Compresser de l'air dans une nappe phréatique (ou dans une citerne pour les installations domestiques) à l'aide d'un compresseur électrique alimenté par l'électricité produite. Actuellement beaucoup d'outils d'atelier fonctionnent à l'air comprimé.

• non polluant

• pertes dues à la conversion d’énergie électricité → compression d’air → électricité
• cher : 25$/kW/an

En période de faible consommation l’eau d’un barrage stockée dans une retenue avale est remontée par pompage dans la première retenue en amont du barrage grâce à l’énergie électrique produite par les éoliennes. Pendant les périodes moins ventées, l'énergie potentielle de pesanteur de l’eau est transformée en électricité par une turbine comme dans une centrale hydroélectrique classique.

Cette solution peut être mise en place sur des barrages hydroélectriques déjà existants, certaines turbines (Alstom) sont en effet capables de fonctionner à l'envers et faire ainsi office de pompe.

Cette technique est utilisée par exemple à La Muela en Espagne.

Les STEP à vitesse fixe permettent uniquement une régulation électrique en mode production (turbinage) mais elles ne permettent pas d’ajuster la puissance absorbée lors du pompage car le pompage n’est possible qu’avec une quantité fixe d’énergie. Les STEP à vitesse variable permettent de réguler l'énergie qu’elles consomment, et donc de réguler la puissance absorbée pendant le pompage. Elles peuvent donc pomper de l’eau même si la quantité d’énergie disponible est faible ce qui est un avantage dans le cas d'un couplage avec un système de production comme l'éolien (limitation des séquences d’arrêt et de démarrage de la STEP, amélioration de la qualité de l’électricité injectée dans le réseau).

• peu de limitation dans la quantité d’énergie stockée (limité uniquement par la taille des réservoirs et la quantité d’eau disponible)
• non polluant (sauf si construction de barrage ad-hoc ⇒ dégagement de méthane)
• utilisation d'une infrastructure existante
• technologie complètement mature
• peu onéreux (3 $/kW/an)
• durée de vie très élevée des installations
• couplage possible avec la distribution d'eau alimentaire

• pertes dues à la transformation d’énergie (15 à 30% lors du cycle de pompage-turbinage)
• limite les choix lors de l'implantation des éoliennes (nécessite un terrain en dénivelé)

Le stockage thermique commence à se développer, essentiellement pour le chauffage. Différents types de stockage thermique existant :

• réservoir de fluides
• chauffage de produits à haute capacité thermique
• chauffage de matériaux à changement de phase (MCP)

Principe : l’énergie produite est utilisée pour chauffer le fluide d’un réservoir qui restituera pendant les périodes sans vent l’énergie stockée.

Les volants d'inertie permettent de stocker l'énergie produite sous forme d'énergie cinétique (masse en rotation).

• bons rendements (85%) ⁷⁾
• réponse rapide (quelques secondes)

• installations volumineuses

En période de faible consommation, l’énergie produite peut être utilisée à la production d’hydrogène par électrolyse de l'eau par un électrolyseur qui peut être stocké puis utilisé comme combustible dans une pile à combustible pour produire de l’électricité lorsque la demande est forte ou par manque de vent.

Un tel projet existe sur l’île d’Utsira en Norvège un autre est en cours en Chine dans la province du Hebei où 2 chaines de production et de stockage d'hydrogène dotées chacune d'un électrolyseur de 2MW seront couplées à un parc éolien d'une puissance totale de 200MW.

• Propre : la combustion de l’hydrogène donne de l’eau pure

• contraintes liées au stockage de l'hydrogène (explosif et inflammable) : Une solution serait de diluer l'H₂ dès sa production dans le réseau gaz naturel à condition de ne jamais dépasser un certain pourcentage, ce qui éviterait de modifier les brûleurs.
• surcoût de la pile à combustible/électrolyseur ( principalement du à l'utilisation du platine 39000 euros le kg, mais bientot remplacé par un composé de cobalt quelques dizaines d'euros le Kg )
• pertes dues à la conversion d’énergie électrique→énergie chimique→énergie électrique ( rendement de 60% a 80% )

L’énergie électrique provenant d'une éolienne peut être utilisée pour produire de l’hydrogène qui sera ensuite recomposé avec du CO₂ afin de former du méthane (CH₄).

• Captage du CO₂
• Utilisation des réseaux de distribution existants
• Possibilité d'utiliser ce gaz pour propulser une automobile ⁸⁾

• pertes dues à la conversion

• Production d'électricité éolienne
• Énergie éolienne