Intermittence – un gros mot ! Si seules les sources d’énergie renouvelables comme l’énergie solaire et éolienne pouvaient éliminer l’intermittence, alors la majeure partie du monde pourrait rejeter une dépendance aux combustibles fossiles. Étant donné que notre réseau du futur repose sur une plus grande proportion d’énergie éolienne et solaire, il nécessite plus de capacité de stockage pour surmonter l’intermittence. Nous devons compléter les énergies renouvelables par toutes sortes de stockage renouvelable.
Le stockage d’énergie est le plus utile lorsqu’il est prévisible, pratique et dense, emballant beaucoup d’énergie dans un petit espace. Les batteries jouent un rôle essentiel dans le maintien de la stabilité du réseau d’énergie renouvelable. En règle générale, des batteries d’alimentation renouvelables qui se chargent la nuit lorsque la demande est faible et que l’énergie éolienne est disponible. Ils se déchargent sur le réseau lorsque le vent diminue, avant que l’énergie solaire ne commence à monter en puissance. Ensuite, ils se chargent tout au long de la journée ensoleillée et se déchargent à nouveau lorsque la production solaire diminue rapidement.
Les batteries de stockage d’énergie renouvelable sont utilisées dans les systèmes de production d’électricité alternatifs tels que les systèmes solaires photovoltaïques, éoliens ou hydrauliques, qui permettent de stocker l’énergie lorsqu’elle est disponible et de la restituer au réseau en cas de besoin.
Shirley Meng, spécialiste des matériaux et ingénieure à l’Université de Chicago, a déclaré au New yorkais que le monde a besoin de “toute une suite de méthodes de stockage”. Toutes les méthodes ne trouveront pas leur place, mais, dit-elle, « je pense que nous sommes très, très sous-investis. Parce que nous imaginons vraiment essayer de reconstruire tout le système de grille. »
Différentes approches du stockage de l’énergie
Le stockage d’énergie renouvelable à grande échelle s’est développé rapidement, avec une demande mondiale croissante pour plus d’énergie provenant de sources qui réduisent la contribution de la planète aux émissions de gaz à effet de serre.
Le système de stockage d’énergie intégré de génération (GIES) et les non-GIES sont des sujets de discussion populaires ces jours-ci.
- Non-GIES est un stockage d’énergie à l’échelle du réseau composé d’un stockage d’énergie électrochimique. Avec la crise énergétique mondiale actuelle et les préoccupations environnementales, divers dispositifs de stockage d’énergie électrochimique, y compris les batteries alcalines-ioniques (batteries lithium-ion, batteries sodium-ion et batteries potassium-ion), les piles à combustible à membrane échangeuse de protons, les supercondensateurs et batteries lithium-soufre, ont été développées au cours des deux dernières décennies.
- Par exemple, en raison de la riche chimie du lithium, de grands progrès ont été réalisés dans cette technologie en développant des matériaux avancés pour les électrodes et l’électrolyte et des stratégies innovantes pour améliorer encore la densité d’énergie, la durée de vie et la sécurité des cellules. Cependant, l’utilisation de batteries lithium-ion pose également un problème de droits de l’homme en raison du travail trop fréquent des enfants, d’un impact environnemental important en raison des ressources naturelles nécessaires à l’assemblage et de la pollution qu’elle omet après son élimination, et d’une durée de vie relativement courte en raison de dégradation cellulaire.
- Les condensateurs électrochimiques, également appelés supercondensateurs (SC), sont considérés comme très complémentaires des batteries en raison de leur densité de puissance élevée, de leur cycle de vie extrêmement long, de leur faible coût de maintenance et de leurs caractéristiques de fonctionnement sûres. Leurs excellentes performances rendent les SC prometteurs pour l’électronique portable, les dispositifs de secours, les véhicules électriques hybrides et d’autres produits électroniques.
- GIES est une classe nouvelle et distinctive de systèmes énergétiques intégrés, composés d’un générateur et d’un système de stockage d’énergie, non électrochimiques, et comprenant le stockage d’énergie thermique et le stockage d’énergie à air comprimé.
- Les données indiquent que les technologies de stockage d’énergie thermomécanique (TMES) sont telles que, en particulier à des puissances de décharge plus élevées et des durées de décharge plus longues, elles peuvent offrir des performances prometteuses (rendements aller-retour supérieurs à 60 %) ainsi que de longues durées de vie (> 30 années), des coûts spécifiques faibles (souvent inférieurs à 100 $ kWh − 1), des empreintes écologiques faibles et des caractéristiques uniques de couplage sectoriel par rapport aux autres options de stockage.
- Le stockage d’énergie à air comprimé (CAES) est un moyen de stocker l’énergie générée à un moment donné pour l’utiliser à un autre moment. À l’échelle des services publics, l’énergie générée pendant les périodes de faible demande d’énergie (hors pointe) peut être libérée pour répondre à des périodes de demande plus élevée (charge de pointe). Dans le stockage d’air comprimé, l’air s’échauffe fortement lorsqu’il est comprimé de la pression atmosphérique à une pression de stockage d’environ 1 015 psia (70 bar). Les compresseurs d’air à plusieurs étages standard utilisent des refroidisseurs intermédiaires et secondaires pour réduire les températures de refoulement à 300/350 ° F (149/177 ° C) et la température de l’air d’injection de la caverne réduite à 110/120 ° F (43/49 ° C).
Il existe 3 paramètres clés associés à la fois au GIES et au non-GIES :
- l’efficacité du stockage (de la forme d’énergie primaire à la forme d’énergie de stockage)
- efficacité de la transmission (de la forme d’énergie primaire à l’électricité)
- l’efficacité du débit (pour examiner l’efficacité globale GIES et non-GIES)
Les données indiquent que les performances économiques et financières des GIES et des non-GIES sont comparables. En tant que tel, lors de l’examen de la politique énergétique, il semble y avoir un besoin de mécanismes de planification améliorés pour colocaliser la production d’électricité à faible émission de carbone avec des systèmes de stockage d’énergie. Les gouvernements doivent examiner le type et la quantité d’incitations optimales pour la production d’électricité à faible émission de carbone et ne pas prévenir le besoin de stockage. Ce besoin a abouti à une technologie actuellement explorée dans les domaines du stockage thermique, mécanique, électrique, chimique et hybride.
Le stockage d’énergie est bipartite
C’est en partie parce que le stockage renforce l’ensemble du réseau qu’il a trouvé un large soutien politique aux États-Unis.
La loi Best Energy Storage Technology (BEST) – HR2986 / S.1602 oriente les efforts de recherche, de développement et de démonstration sur le stockage de l’énergie au Département américain de l’énergie (DOE). BEST in overview propose les éléments suivants. Ce:
- autorise 60 millions de dollars par an pour des projets de RD&D à l’échelle du réseau sur la période de l’exercice 2020 à 2024
- charge le DOE de réaliser jusqu’à cinq projets de démonstration de stockage d’énergie à l’échelle du réseau d’ici la fin de l’exercice 2023
- ordonne au DOE d’accélérer les tests normalisés des systèmes de stockage d’énergie à l’échelle du réseau en collaboration avec un ou plusieurs laboratoires nationaux
- exige que le DOE élabore un plan stratégique sur 10 ans pour la RD&D sur le stockage de l’énergie
L’objectif principal du programme Duration Addition to electricitY Storage (DAYS) est le développement de systèmes de stockage d’électricité de longue durée (LDES) qui fournissent de l’électricité à un coût de stockage actualisé (LCOS) de 5 cents / kWh-cycle sur toute la gamme. des durées de stockage (10 à 100 heures environ). Cette exigence se traduit par un coût de durée de vie cible qui diminue avec l’augmentation de la durée de stockage. Le programme DAYS comprend deux catégories techniques :
- cyclisme quotidien plus : systèmes LDES qui fournissent un cycle quotidien, en plus d’un cycle plus long et moins fréquent
- cyclage non quotidien : systèmes LDES qui ne fournissent pas de cyclage quotidien et ne fournissent que des cyclages moins fréquents
La loi sur l’énergie de 2020 révise la politique des programmes de R&D sur l’énergie appliquée et la fusion du ministère de l’Énergie, notamment en recommandant des augmentations de financement et en élargissant les efforts visant à réduire les émissions de carbone. Un certain nombre de démocrates du Congrès ont présenté la loi comme un prélude à des mesures plus agressives. Le président du comité scientifique de la Chambre, Eddie Bernice Johnson (D-TX), l’a qualifié d'”acompte”, tandis que le sénateur Chuck Schumer (D-NY), l’a salué comme une victoire en matière de politique climatique dans un “environnement politique difficile”. Il a fait valoir, cependant, que la législation était inadéquate face aux menaces du changement climatique.
Réflexions finales sur le stockage des énergies renouvelables
Les combustibles fossiles n’ont pas besoin de stockage – ils sont un dépôt d’énergie préhistorique. Leur énergie est libérée en brûlant, et la source semblait sans fin. Mais nous avons appris que les combustibles fossiles créent une crise existentielle qui a ouvert le champ des énergies renouvelables.
Tant d’options deviennent évidentes dans la nécessité de compléter les énergies renouvelables par le stockage des énergies renouvelables. Le stockage partagé de l’énergie pourrait-il fonctionner dans les communautés résidentielles, par exemple ? Une étude a déterminé que des économies de coûts et des améliorations de l’utilisation du stockage d’énergie jusqu’à 13,82 % et 38,98 %, respectivement, existent lors de l’utilisation du stockage d’énergie partagé au lieu du stockage d’énergie individuel.
Comme dans beaucoup de choses dans la vie, un mélange d’options de systèmes de stockage d’énergie renouvelable sera le meilleur pari pour rendre l’adoption des énergies renouvelables omniprésente.
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