Comment la chaleur peut être utilisée pour stocker l'énergie renouvelable

Comment la chaleur peut être utilisée pour stocker l'énergie renouvelable Comment pouvons-nous stocker l'énergie provenant de sources d'énergie renouvelables intermittentes? Benny (je suis vide) / Flickr, CC BY

L'effet des combustibles fossiles sur la urgence climatique mène une poussée internationale pour utiliser des sources d'énergie à faible émission de carbone. À l'heure actuelle, les meilleures options pour produire de l'énergie à faible émission de carbone à grande échelle sont l'énergie éolienne et solaire. Mais malgré les améliorations apportées au cours des dernières années à performant et sables moins coûteux, un problème important demeure: le vent ne souffle pas toujours et le soleil ne brille pas toujours. Un réseau électrique qui repose sur ces sources fluctuantes peine à correspondre constamment l'offre et la demande, et donc les énergies renouvelables va parfois à la perte car il n'est pas produit en cas de besoin.

Une des principales solutions à ce problème est à grande échelle technologies de stockage d'électricité. Ceux-ci fonctionnent en accumulant de l'électricité lorsque l'offre dépasse la demande, puis en la libérant lorsque le contraire se produit. Cependant, un problème avec cette méthode est qu'elle implique d'énormes quantités d'électricité.

Les technologies de stockage existantes comme les batteries ne seraient pas bonnes pour ce type de processus, en raison de leur coût élevé par unité d'énergie. Actuellement, plus% 99 du stockage d'électricité à grande échelle est géré par barrages hydroélectriques pompés, qui déplacent l'eau entre deux réservoirs à travers une pompe ou une turbine pour stocker ou produire de l'électricité. Cependant, il y a des limites à la quantité d'hydroélectricité qui peut être construite en raison de ses exigences géographiques.

Une option de stockage prometteuse est le stockage d'électricité thermique par pompage. Cette technologie relativement nouvelle existe depuis une dizaine d'annéeset est actuellement testé dans des usines pilotes.

Comment la chaleur peut être utilisée pour stocker l'énergie renouvelable La conversion de l'électricité en chaleur se produit dans le circuit central, puis stockée dans des réservoirs chauds et froids. Pau Farres Antunez, Auteur fourni

Le stockage de l'énergie thermique par pompage fonctionne en transformant l'électricité en chaleur à l'aide d'une pompe à chaleur à grande échelle. Cette chaleur est ensuite stockée dans un matériau chaud, comme de l'eau ou du gravier, à l'intérieur d'un réservoir isolé. Au besoin, la chaleur est ensuite transformée en électricité à l'aide d'un moteur thermique. Ces conversions d'énergie se font avec cycles thermodynamiques, les mêmes principes physiques utilisés pour faire fonctionner les réfrigérateurs, les moteurs de voitures ou les centrales thermiques.

Technologie connue

Le stockage d'électricité thermique par pompage présente de nombreux avantages. Les processus de conversion reposent principalement sur la technologie et les composants conventionnels (tels que échangeurs de chaleur, compresseurs, turbineset générateurs électriques) qui sont déjà largement utilisés dans les industries de l'énergie et de la transformation. Cela raccourcira le temps requis pour concevoir et construire un stockage d'électricité thermique par pompage, même à grande échelle.

Les réservoirs de stockage peuvent être remplis de matériaux abondants et peu coûteux tels que le gravier, les sels fondus ou l'eau. Et, contrairement aux batteries, ces matériaux ne constituent pas une menace pour l'environnement. Les grands réservoirs de sel fondu sont utilisés avec succès depuis de nombreuses années dans les centrales solaires concentrées, qui est une technologie d'énergie renouvelable qui a vu croissance rapide au cours de la dernière décennie. L'énergie solaire concentrée et le stockage d'électricité thermique par pompage partagent de nombreuses similitudes, mais alors que les centrales solaires concentrées produisent de l'énergie en stockant la lumière solaire sous forme de chaleur (puis en la convertissant en électricité), les installations de stockage d'électricité thermique par pompage stockent l'électricité qui peut provenir de n'importe quelle source - solaire, l'énergie éolienne ou même nucléaire, entre autres.

Comment la chaleur peut être utilisée pour stocker l'énergie renouvelable Une centrale solaire concentrée. Laboratoire national des énergies renouvelables, CC BY-NC-ND

Facile à déployer et compact

Les centrales de pompage d'électricité thermique peuvent être installées n'importe où, quelle que soit la géographie. Ils peuvent également être facilement étendus pour répondre aux besoins de stockage du réseau. D'autres formes de stockage d'énergie en vrac sont limitées par l'endroit où elles peuvent être installées. Par exemple, le stockage hydraulique par pompage nécessite des montagnes et des vallées où d'importants réservoirs d'eau peuvent être construits. Stockage d'énergie dans l'air comprimé repose sur de grandes cavernes souterraines.

Le stockage d'électricité thermique par pompage densité d'énergie plus élevée que les barrages hydrauliques pompés (il peut stocker plus d'énergie dans un volume donné). Par exemple, dix fois plus d'électricité peut être récupérée à partir de 1 kg d'eau stockée à 100 ° C, par rapport à 1 kg d'eau stockée à une hauteur de 500 mètres dans une centrale hydraulique pompée. Cela signifie que moins d'espace est requis pour une quantité donnée d'énergie stockée, de sorte que l'empreinte environnementale de l'usine est plus petite.

Comment la chaleur peut être utilisée pour stocker l'énergie renouvelable Réservoirs de sel fondu pour le stockage d'énergie thermique dans une centrale solaire à concentration. Abengoa

longue vie

Les composants du stockage d'électricité thermique par pompage durent généralement des décennies. Les batteries, d'autre part, se dégradent avec le temps et doivent être remplacées toutes les quelques années - la plupart des batteries de voitures électriques ne sont généralement garanties que pour environ cinq à huit ans.

Cependant, même s'il existe de nombreux facteurs qui rendent le stockage d'électricité thermique par pompage bien adapté au stockage à grande échelle d'énergie renouvelable, il a ses inconvénients. Le plus gros inconvénient est peut-être son efficacité relativement modeste, c'est-à-dire la quantité d'électricité restituée lors de la décharge, par rapport à la quantité injectée pendant la charge. La plupart des systèmes de stockage d'électricité thermique par pompage visent à: 50 à 70% d'efficacité, Par rapport à 80-90% pour les batteries lithium-ion or 70-85% pour le stockage hydraulique par pompage.

Mais ce qui est sans doute le plus important, c'est le coût: plus il est bas, plus la société peut évoluer rapidement vers un avenir sobre en carbone. Le stockage d'électricité thermique par pompage est devrait être compétitif avec d'autres technologies de stockage - bien que cela ne soit pas certain jusqu'à ce que la technologie arrive à maturité et soit entièrement commercialisée. Tel qu'il est, plusieurs organisations membres. J'ai déjà de travail, prototypes du monde réel. Plus tôt nous testerons et commencerons à déployer le stockage d'électricité thermique par pompage, plus tôt nous pourrons l'utiliser pour faciliter la transition vers un système énergétique sobre en carbone.La Conversation

A propos de l'auteur

Antoine Koen, doctorant en stockage d'énergie thermique par pompage, Université de Cambridge et Pau Farres Antunez, chercheur postdoctoral en stockage d'énergie, Université de Cambridge

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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