Le stockage de l'énergie

La fourniture d'une énergie propre et abondante à une population mondiale largement appelée à croître va être un défi considérable pour le XXIe siècle.

Aujourd'hui nous dépendons encore considérablement des énergies fossiles, certes très énergétiques et d'utilisation commode, mais épuisables et productrices de CO 2 responsable du réchauffement climatique.

Le stockage d'énergie électrique et de chaleur est un domaine technique difficile et délicat, mais dont le développement est indispensable pour permettre de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, tant dans le domaine des transports, à travers les véhicules électriques et hybrides, que dans celui des énergies renouvelables, dont la production est intermittente et décalée par rapport à la demande.

Cet ouvrage propose un large panorama des technologies développées dans les domaines du stockage de l'électricité embarqué (batteries, supercondensateurs, volants d'inertie), stationnaires (barrages hydrauliques, air comprimé, batteries et hydrogène) et de la chaleur (sensible, latente et de sorption) avec leurs performances, les développements attendus et ce qu'ils peuvent apporter, écrit par des spécialistes éminents du domaine, réunis dans le cadre du Think Tank IDées de la Fondation Tuck.

Table des mati?s

Plan de l'ouvrage VII
Avant-propos
Les principales applications du stockage d'?rgie Il
Crit?s de s?ction du type de stockage

Introduction g?rale 5

Les d?s actuels du secteur de l'?rgie 5

Stockage d'?rgie et alternative ?rg?que 7

Stockage et ?nomies d'?rgie 10

Les diff?nts modes de stockage 12

en fonction de l'application 15

R?rences 17

Le stockage d'?ctricit?mbarqu?19

Le stockage embarqu?ppliqu?ux v?cules terrestres 21

1.1
La traction ferroviaire 22

1.2
Les v?cules automobiles ?ctriques 23

1.3
Les v?cules hybrides 28

1.4
Les v?cules hybrides rechargeables 30

1.5
Applications aux v?cules lourds 32

1.6
Les batteries ?ctrochimiques
pour v?cules hybrides ou ?ctriques 32

2
Les batteries ?ctrochimiques 34

2.
1 Constitution 36

2.2
Fonctionnement des accumulateurs 38

2.3
Diff?nts types d'accumulateurs 42

2.4
Usages et perspectives:
march?es accumulateurs (hors portable) 56

3
Les supercondensateurs 59

3.1
Comparaison entre les batteries
et les supercondensateurs 60

3.2 Principe g?ral de la double couche ?ctrochimique 62
3.3 Constituants d'un supercondensateur 63
3.4 Vieillissement des supercondensateurs 66
3.5 ?olution technologique des supercondensateurs 66
3.6 Caract?stique des ?ments existants 66
3.7 Int?ts de l'utilisation des supercondensateurs 69
3.8 Applications des supercondensateurs dans le domaine des transports urbains 70 4 Le stockage inertiel 73
4.1 Rappels de quelques principes physiques 75
4.2 ??nts de dimensionnement d'un volant d'inertie 75
4.3 Principe d'un syst? de stockage inertiel (sise) 78
4.4 Conditionnement d'un volant d'inertie 79
4.5 Quelques applications 81 En r?m?4 Bibliographie 87
1 Le stockage d'?ctricit?tationnaire 89
Besoins en stockage stationnaire d'?ctricit?2
1.1 Lissage de la production centralis?93
1.2 Production d'?ctricit? partir des ressources renouvelables fluctuantes 96
1.3 L.:autonomie ?rg?que 97
1.4 Stockage de secours sur r?au 00 2 Les stations de transfert d'?rgie par pompage (STEP) 01
2.1 Principe 01
2.2 Exemple de STEP : l'?ipement de l'Eau d'Olle 03
2.3 STEP en France et dans le monde 04
2.4 Bilan et perspectives 05 3 Stockage d'?rgie sous forme d'air comprim?6
3.1 Principe 06
3.2 R?isations et d?loppements en cours 12
3.3 Limitations actuelles 16
3.4 Aspects ?nomiques 16
3.5 Perspectives d'am?oration 18 4 Stockage stationnaire ?ctrochimique 19
4.1 Adaptation des batteries classiques 20
TABLE DES MATI?ES
4.2 Les batteries sodium soufre 121
4.3 Les accumulateurs redox f10w 124 5 Stockage sous forme d'hydrog? 126
5.1 Rappels sur quelques propri?s de "hydrog? 126
5.2 L.:hydrog? et la pile ?ombustible comme syst? de stockage de l'?rgie 127
5.3 Fabrication d'hydrog? par ?ctrolyse de l'eau 128
5.4 Stockage d'hydrog? 130
5.5 Transformation en ?ctricit?31 6 Autres stockages stationnaires 135
6.1 Stockage de l'?ctricit?ous forme thermique 135
6.2 Petite capacit?e stockage stationnaire 139 7 Bilan et ?nomie 14 1
7.1 Bilan des technologies et de leurs applications 141
7.2 ?at des lieux (2007) 142
7.3 ?onomie des syst?s de stockage stationnaires 145
7.4 Comparaison ?nomique des technologies 150
7.5 ?oconception des syst?s 151 Conclusion 153
1 Le stockage de chaleur 155
Stockage d'?rgie par chaleur latente ou sensible dans le b?ment 157
1. 1 Principes physiques 158
1.2 Technologies et d?loppements 162
1.3 Limitations et potentiel d'am?oration 169 2 Stockage g?ogique de chaleur 170
2.1 Le syst? = Stockage + Ressource + Demande 173
2.2 Capacit?t puissance d'un stockage g?ogique 174
2.3 Bref ?t des lieux 176
2.4 Les stockages de type ATES
(Aquifer Thermal Energy Storage) 176
2.5 Les stockages diffusifs de type BTES
(Borehole Thermal Energy Storage) 179
2.6 Les stockages diffusifs dans les fondations et g?tructures 183
3
Stockage d'?rgie thermique
sous forme chimique et par sorption 186

3.1
Principes 186

3.2
Exemples de technologies 190

3.3
Limitations et potentiels d'am?oration 195

4
Stockage de chaleur haute
temp?ture pour l'?rgie solaire 197

4.1
Le solaire thermodynamique 198

4.2
Les syst?s de stockage
de chaleur haute temp?ture 203

Conclusion 206

Bibliographie 208

Conclusion g?rale 211