« Stockage de l'énergie » : différence entre les versions
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Le stockage massif d'électricité par des [[accumulateur électrique|accumulateurs électrochimiques]] géants n'a jamais été tenté. Ces accumulateurs seraient lourds, chers et à durée de vie limitée. Ils poseraient aussi des problèmes de [[pollution]] ([[acide]]s et [[Élément-trace métallique|métaux lourds]]) en fin de vie et des risques d'incendie voire d'explosion hors de leurs conditions normales d'usage.
En revanche, de nombreux systèmes déconnectés du [[réseau électrique|réseau de distribution d'électricité]] utilisent des [[Batterie d'accumulateurs|batteries d'accumulateurs]] ou de [[Pile électrique|piles]]. Il s'agit souvent de petits appareils ([[électroménager]]s, électronique ou électronique embarquée). Les [[Accumulateur lithium|batteries au lithium]] sont courantes dans les applications portables électroniques, à plus de 95 % pour les [[téléphone mobile|téléphones]], les [[Ordinateur portable|ordinateurs portables]], les [[caméscope]]s et [[Appareil photographique|appareils photographiques]], avec {{nombre|1,15 milliard de batteries}} au lithium mises sur le marché en 2003<ref name="Lithium">Philippe Bihouix et Benoît de Guillebon, ''Quel futur pour les métaux ? Raréfaction des métaux : un nouveau défi pour la société'', EDP Sciences, {{p.|213}}.</ref>.
Depuis les années 2010, ces applications connaissent un regain d'intérêt à propos des [[véhicule électrique|véhicules électriques]]. Les [[vélo à assistance électrique|vélos]] et [[Voiture électrique|
Les [[condensateur]]s de moyenne et grosse capacité, de types [[condensateur]]s chimiques ou « [[Supercondensateur|SuperCap]] », sont un autre moyen de valoriser les couples électrochimiques pour stocker de l'énergie, très courants dans les appareils et [[machine]]s [[Électricité|électriques]] avec ou sans [[électronique]] embarquée.
Des batteries à base de lithium-fer-phosphate (LFP) en nanoparticules. C'est le projet de la filiale Aquitaine Energy Factories, d'[[Hydro-Québec]], créé à [[Lacq]] avec la région [[Aquitaine (ancienne région)|Aquitaine]]. Ces matériaux sont abondants et peu chers. Ces batteries stockeraient dix fois mieux l'énergie que les « lithium-ion » ; supportant {{
Les développements technologiques portent sur les matériaux des batteries elles-mêmes, avec par exemple l'utilisation de [[nanotechnologie]]s<ref>{{Lien web |url= https://www.lesechos.fr/23/10/2017/lesechos.fr/030747544832_nawa-technologies-va-industrialiser-ses-batteries-revolutionnaires-au-carbone.htm |titre= Nawa Technologies va industrialiser ses batteries révolutionnaires au carbone|périodique=[[Les Échos]]|date=23 octobre 2017|consulté le=28 février 2018}}.</ref>. À titre d'exemple, en 2017, NaWa Technologies s'apprête à industrialiser la production de batteries au carbone ; la société annonce des temps de recharge {{Nombre|1000|fois}} plus courts que pour une batterie classique, avec un million de cycles de charge. Nanomakers, une [[startup]] issue du [[Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives|CEA]], cherche à améliorer la densité des anodes en utilisant une nanopoudre de carbure de silicium au lieu du graphite pour rendre les batteries lithium-ion environ {{Citation|dix fois plus performantes}} et prévoit des résultats pour fin 2017<ref name=Batiactu2015/>.
Le stockage d'énergie tend à monter en capacité et en réactivité (temps de réaction de l'ordre de la milliseconde annoncé). Par exemple, la société [[Akuo Energy]] a mis en service une batterie rapide de {{Unité|4|[[Kilowatt-heure|MWh]]}} à l'[[île Maurice]]<ref>{{Lien web|auteur= Grégoire Noble|date= 2018-10-29||url= https://www.batiactu.com/edito/il-faut-favoriser-un-nouveau-modele-energetique-eric-54471.php|titre= « Il faut favoriser un nouveau modèle énergétique », Éric Scotto (Akuo)}}.</ref>.
Un débat existe quant à l'intérêt de faire du stockage d’électricité une activité concurrentielle (tendance encouragée par la [[Libéralisation économique|libéralisation]] du marché de l'énergie), ou non-concurrentielle (afin de pallier les défaillances du marché notamment dans les contextes de {{Citation|congestions sur le réseau, systèmes isolés, pouvoir de marché}})<ref>{{lien web|langue=fr|auteur1=Vincent Rious|auteur2=Sébastien Douguet|url=https://www.usinenouvelle.com/article/la-regulation-du-stockage-d-electricite-fausse-bonne-idee.N335080|titre=La régulation du stockage d’électricité : fausse bonne idée ?|périodique=[[L'Usine nouvelle]]|date=11 juin 2015}}.</ref>.
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Dans la perspective d'une transition vers des énergies renouvelables, des chercheurs de l'entreprise autrichienne Solar Fuel Technology ([[Salzbourg]]), en coopération avec l'Institut Fraunhofer de recherche sur l'énergie éolienne de [[Leipzig]] (IWES), le centre de recherche sur l'énergie solaire et l'hydrogène de [[Stuttgart]] (ZSW) et l'[[université de Linz]] ont mis au point une solution de stockage de l'énergie sous forme de [[méthane]]<ref>[http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/063/63333.htm Communiqué] sur le site de veille technologique de l'[[Agence pour la diffusion de l'information technologique]]</ref>{{,}}<ref>{{de}} [http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2010/04/strom-erdgas-speicher.html Communiqué sur le site de l'entreprise Fraunhofer (en allemand)]</ref>. L'énergie électrique excédentaire d'origine éolienne ou photovoltaïque est utilisée pour décomposer de l'eau en [[dihydrogène]] et [[dioxygène]] ([[électrolyse de l'eau]]), puis le dihydrogène est combiné au [[dioxyde de carbone]] par [[méthanation]] ([[réaction de Sabatier]]).
L'un des principaux intérêts de ce procédé est d'utiliser les infrastructures (réservoirs et conduites de gaz) existantes, dont la capacité de stockage serait suffisante pour couvrir les besoins de méthane de l'Allemagne pendant plusieurs mois<ref>{{en}} [http://www.solar-fuel.net/fileadmin/user_upload/Publikationen/Wind2SNG_ZSW_IWES_SolarFuel_FVEE.pdf {{pdf}} Specht et al. Storing bioenergy and renewable electricity in the natural gas grid {{p.|70}}
Un consortium industriel français conduit par le transporteur gazier [[GRTgaz]], filiale du groupe Engie, a lancé officiellement début décembre 2015 un démonstrateur baptisé « Jupiter 1000 », situé à [[Fos-sur-Mer]] (Bouches-du-Rhône). Il s'agit de stocker de l'électricité sous forme de gaz naturel. Ce procédé de [[conversion d'électricité en gaz]] (en anglais {{langue|en|power to gas}}) consiste à utiliser l'électricité pour procéder à une électrolyse de l'eau et obtenir de l'hydrogène, qui sera ensuite combiné à du {{CO2}}, pour être transformé en méthane de synthèse par une unité de [[méthanation]] conçue dans le cadre d'un partenariat technologique entre le [[Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives]] et [[Atmostat]]. Ce méthane de synthèse sera injecté dans le réseau de distribution de gaz. Le démonstrateur, dont la mise en service était prévue pour mi-2018 à la fin de l'année 2015, aura une puissance électrique de {{unité|1|MW}} pour un investissement de {{unité|30|millions
==== Hydrogène ====
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L'[[hydrogène]] comme carburant a été proposé comme solution dans les problèmes d'énergie. Il peut aussi être utilisé comme combustible ou pour la production d'électricité par une [[pile à combustible]] ou produit par [[électrolyse de l'eau]] pour « stocker » des [[Énergie renouvelable#Disponibilité|énergies intermittentes]] (éolien, solaire) dans des zones isolées du réseau<ref>Julien Labbé (2006), ''[http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/50/04/58/PDF/These_JLABBE.pdf L’hydrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés] ; ''Thèse de doctorat Spécialité “Énergétique” ; École des Mines de Paris, le 21 décembre 2006</ref>.
Le stockage énergétique peut être réalisé sous plusieurs formes,
; Stockage d'hydrogène gazeux : Ce mode de stockage est le plus simple technologiquement, mais il présente des inconvénients. La plupart des matériaux sont en effet poreux vis-à-vis de l'hydrogène (phénomène de diffusion intra-atomique dû à la très faible taille du noyau d'hydrogène, il passe au travers des mailles cristallines des métaux et de la matière condensée en général), ce qui génère des pertes lors d'un stockage de longue durée. De plus, ce mode de stockage nécessite une masse et un volume de stockage importants, et une compression très coûteuse sur le plan énergétique. Néanmoins le stockage à 350 [[bar (unité)|bar]] et à 700 bar avec des matériaux composites permet d'alimenter des flottes expérimentales de véhicules en Europe depuis 2000, notamment les autobus des projets européens Ectos, CUTE, Hyfleet Cute et bientôt CHIC<ref>[http://chic-project.eu/ CHIC: Projet européen "Clean Hydrogen In European Cities"]</ref>{{,}}<ref>ERH2-Bretagne: CHIC [http://erh2-bretagne.over-blog.com/article-07-12-2010-chic-26-bus-a-hydrogene-dans-5-cites-europeennes-62566985.html Bus à hydrogène] 26 bus à hydrogène dans 5 villes européennes</ref>{{,}}<ref>{{en}} [http://www.react-transport.eu/index.php?option=com_communitypolls&controller=polls&task=viewpoll&id=149%3Aclean-hydrogen-in-european-cities-chic&lang=hr Projet européen C.H.I.C.]</ref>.▼
; [[Pile à combustible]] : Quatre constructeurs automobiles prévoient un lancement en série de voitures à piles à combustible en 2015 : Mercedes-Benz, Honda, Général Motors et Hyundai. La Mercedes « [[Pile à combustible|fuel cell]] » class B est en location à Oslo depuis janvier 2011<ref>[http://erh2-bretagne.over-blog.com/pages/Vehicules_hydrogene_Piles_a_combustibles_FCEV_1-1305318.html Énergies Renouvelables, Hydrogène et piles à combustibles en Bretagne], sur le site erh2-bretagne.over-blog.com</ref>. Vingt-deux stations services hydrogène mises en place en 2010 et un total de 212 dans le monde distribuent l'hydrogène à 350 et/ou {{unité|700|bars}} et/ou sous forme liquide<ref>[http://erh2-bretagne.over-blog.com/article-19-07-2011-22-nouvelles-stations-service-a-hydrogene-en-2010-pour-un-total-de-212-dans-le-monde-79779791.html 19/07/2011: 22 nouvelles stations service à hydrogène en 2010 pour un total de 212 dans le Monde], sur le site erh2-bretagne.over-blog.com</ref>.▼
; Stockage d'hydrogène liquide : La liquéfaction de l'hydrogène (vers {{tmp|-252|°C}}) permet de pallier partiellement le problème de volume du stockage gazeux (bien que la densité de l'hydrogène liquide ne soit que de {{unité|70|g}}/l) mais nécessite de refroidir l'hydrogène et de le conserver à très basse température : ce stockage est compliqué, très consommateur d'énergie, et éventuellement dangereux. Il est réservé en général au spatial, mais il est aussi utilisé pour des voitures à hydrogène liquide<ref>ERH2-Bretagne: Stockage hydrogène : [http://erh2-bretagne.over-blog.com/pages/03_Economie_de_lhydrogene-1305251.html économie de l’hydrogène]</ref>, comme une version (non disponible à la vente) de la [[BMW Hydrogen 7|BMW série 7]]<ref>[http://www.cartech.fr/news/bmw-serie-7-hydrogene-paris-39379654.htm Cartech - BMW série 7 hydrogène]</ref>.▼
▲:Ce mode de stockage est le plus simple technologiquement, mais il présente des inconvénients. La plupart des matériaux sont en effet poreux vis-à-vis de l'hydrogène (phénomène de diffusion intra-atomique dû à la très faible taille du noyau d'hydrogène, il passe au travers des mailles cristallines des métaux et de la matière condensée en général), ce qui génère des pertes lors d'un stockage de longue durée. De plus, ce mode de stockage nécessite une masse et un volume de stockage importants, et une compression très coûteuse sur le plan énergétique. Néanmoins le stockage à 350 [[bar (unité)|bar]] et à 700 bar avec des matériaux composites permet d'alimenter des flottes expérimentales de véhicules en Europe depuis 2000, notamment les autobus des projets européens Ectos, CUTE, Hyfleet Cute et bientôt CHIC<ref>[http://chic-project.eu/ CHIC: Projet européen "Clean Hydrogen In European Cities"]</ref>{{,}}<ref>ERH2-Bretagne: CHIC [http://erh2-bretagne.over-blog.com/article-07-12-2010-chic-26-bus-a-hydrogene-dans-5-cites-europeennes-62566985.html Bus à hydrogène] 26 bus à hydrogène dans 5 villes européennes</ref>{{,}}<ref>{{en}} [http://www.react-transport.eu/index.php?option=com_communitypolls&controller=polls&task=viewpoll&id=149%3Aclean-hydrogen-in-european-cities-chic&lang=hr Projet européen C.H.I.C.]</ref>.
▲:Quatre constructeurs automobiles prévoient un lancement en série de voitures à piles à combustible en 2015 : Mercedes-Benz, Honda, Général Motors et Hyundai. La Mercedes « [[Pile à combustible|fuel cell]] » class B est en location à Oslo depuis janvier 2011<ref>[http://erh2-bretagne.over-blog.com/pages/Vehicules_hydrogene_Piles_a_combustibles_FCEV_1-1305318.html Énergies Renouvelables, Hydrogène et piles à combustibles en Bretagne], sur le site erh2-bretagne.over-blog.com</ref>. Vingt-deux stations services hydrogène mises en place en 2010 et un total de 212 dans le monde distribuent l'hydrogène à 350 et/ou {{unité|700|bars}} et/ou sous forme liquide<ref>[http://erh2-bretagne.over-blog.com/article-19-07-2011-22-nouvelles-stations-service-a-hydrogene-en-2010-pour-un-total-de-212-dans-le-monde-79779791.html 19/07/2011: 22 nouvelles stations service à hydrogène en 2010 pour un total de 212 dans le Monde], sur le site erh2-bretagne.over-blog.com</ref>.
▲:La liquéfaction de l'hydrogène (vers {{tmp|-252|°C}}) permet de pallier partiellement le problème de volume du stockage gazeux (bien que la densité de l'hydrogène liquide ne soit que de {{unité|70|g}}/l) mais nécessite de refroidir l'hydrogène et de le conserver à très basse température : ce stockage est compliqué, très consommateur d'énergie, et éventuellement dangereux. Il est réservé en général au spatial, mais il est aussi utilisé pour des voitures à hydrogène liquide<ref>ERH2-Bretagne: Stockage hydrogène : [http://erh2-bretagne.over-blog.com/pages/03_Economie_de_lhydrogene-1305251.html économie de l’hydrogène]</ref>, comme une version (non disponible à la vente) de la [[BMW Hydrogen 7|BMW série 7]]<ref>[http://www.cartech.fr/news/bmw-serie-7-hydrogene-paris-39379654.htm Cartech - BMW série 7 hydrogène]</ref>.
* Stockage sous forme de composés physiques ou chimiques capables de libérer facilement le gaz, par :
** l'utilisation de [[Nanotube de carbone|nanotubes de carbone]] et d'autres procédés [[Nanotechnologie|nanotechnologiques]].
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** l'[[acide méthanoïque|acide formique]] qui par un procédé utilisant du fer comme catalyseur se décompose en dihydrogène et en dioxyde de carbone<ref>[http://lexpansion.lexpress.fr/economie/bientot-des-fourmis-dans-votre-moteur_250752.html L’hydrogène stocké ce gaz sous forme d'acide formique]. [[École polytechnique fédérale de Lausanne|EPFL]] de Lausanne et ''Leibniz-Institut für Katalyse'' de [[Rostock]] L’Express - mars 2011</ref>. Cette voie catalytique permet d'après ces travaux d'obtenir {{unité|53|grammes}} d'hydrogène pur par litre d'acide formique aux [[conditions normales de température et de pression]], contre {{unité|28|grammes}} pour de l'hydrogène comprimé à {{unité|350|bars}}.
Une alternative prometteuse est d'introduire (en une sorte de stockage [[Diffusion de la matière|diffusif]]) de l'hydrogène dans le réseau public de gaz naturel qui peut en recevoir sans aucun problème jusqu'à 5 %. Cette solution sera expérimentée en 2013 ({{unité|360|m|3}} d'H2 injectée par heure) par le groupe [[E.ON]] dans le nord-est de l'Allemagne (à [[Falkenhagen]] via une installation pilote<ref name=reseauGazAll2012>[http://www.enerzine.com/12/12981+enr---de-lhydrogene-sera-injecte-dans-le-reseau-de-gazoducs+.html Enr : de l’hydrogène sera injecté dans le réseau de gazoducs !], Enerzine.com
Le projet « Grhyd », lancé en 2014 par Engie et dix partenaires, a été connecté au réseau de gaz de la communauté urbaine de Dunkerque et y a injecté le 12 juin 2018 les premières molécules d'hydrogène produites par une installation « [[Conversion d'électricité en gaz|power to gas]] » qui utilise l'électricité de source éolienne pour électrolyser de l'eau ; l'hydrogène est stocké sous forme solide ([[Hydrure de magnésium|hydrures]]) par le procédé [[McPhy Energy|McPhy]], puis injecté dans le réseau à un taux qui pourra varier jusqu'à 20 %, par dérogation à la réglementation française qui le limite à 6 %<ref>[https://www.lesechos.fr/pme-regions/actualite-pme/0301809595844-engie-teste-le-stockage-et-linjection-dhydrogene-a-dunkerque-2183355.php Engie teste le stockage et l’injection d’hydrogène à Dunkerque], [[Les Échos]], 12 juin 2018.</ref>.
== Stockage sous forme d’énergie mécanique ==
Le stockage sous forme d'[[énergie mécanique]] consiste à transformer l'énergie excédentaire sous forme d'[[énergie potentielle]] ou [[Énergie cinétique|cinétique]] par exemple par un barrage.
=== Stockage sous forme d’énergie potentielle ===
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Les [[barrage|barrages hydrauliques]] constituent des réserves d'eau qui en tombant dans des conduites, actionnent des [[turbine]]s fournissant l'énergie mécanique aux [[générateur électrique|générateur]]s d'[[énergie hydroélectrique|électricité]].
Une optimisation du système consiste à réutiliser l'eau conservée ou issue d'un fleuve au pied de la centrale hydroélectrique. Le stockage par [[pompage-turbinage]] (également appelé STEP : ''Station de Transfert d'Énergie par Pompage'') est utilisé pour « lisser » la [[Ajustement offre-demande d'électricité|courbe de charge]] quotidienne (c'est-à-dire le besoin en électricité) : de l'eau est pompée et remontée vers les [[barrage]]s d'altitude quand la demande sur le réseau est faible (pendant les [[Heure creuse|heures creuses]], la nuit et le [[week-end]] par exemple), en utilisant la production excédentaire de sources d'énergie non ajustables ([[Hydroélectricité au fil de l'eau]], [[Énergie solaire|solaire]], [[énergie éolienne|éolien]]…) ou peu ajustables ([[nucléaire]]) ; pendant les pics de consommation, cette eau redescend sous pression et produit à nouveau de l'électricité. L'article [[Liste de centrales de pompage-turbinage]] inventorie une cinquantaine de centrales de [[pompage-turbinage]] de plus de {{unité|1000|MW}}, la plus puissante, la [[centrale de Bath County]] aux États-Unis, atteignant {{unité|3003|MW}}, et la plus puissante d'Europe, celle de [[Barrage de Grand'Maison|Grand'Maison]], {{unité|1800|MW}} ; s'y ajoutent {{nombre|14 centrales}} de plus de {{unité|1000|MW}} en cours de construction ; {{nombre|20|centrales}} européennes de puissance plus modeste sont également mentionnées, dont {{nombre|12 dépassent {{unité|500|MW}}}}.
Ce dispositif [[électromécanique]] réversible, qui produit de l'électricité en turbinage et en consomme pour remonter de l'eau par pompage, a une assez bonne [[Efficacité énergétique (thermodynamique)|efficacité énergétique]] (de l'ordre de 80 %<ref>[http://www.apere.org/manager/docnum/doc/doc396_1304-le_pompage_turbinage.pdf APERe Belgique - Le pompage-turbinage]</ref> aux bornes de l'usine, en tenant compte des pertes de charge dans la conduite, des pertes des moteurs/alternateurs, des pompes/turbines et des transformateurs). Cependant, relativement peu de lieux conviennent : dotés des barrages de stockage de taille suffisante et avec un grand dénivelé entre les barrages/réserves d'eau inférieur et supérieur.
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