1. Aperçu
Les technologies de stockage d'énergie se divisent en deux grandes catégories : le stockage physique et le stockage chimique. Le stockage physique comprend des technologies telles que le stockage par pompage-turbinage, l'air comprimé, le stockage par volant d'inertie, le stockage par gravité et le stockage à changement de phase. Le stockage chimique inclut les batteries lithium-ion, les batteries à flux, les batteries sodium-ion et les technologies de stockage d'hydrogène (ammoniac).
Le stockage d'énergie nouvelle désigne les technologies de stockage qui produisent principalement de l'électricité, à l'exclusion du stockage par pompage-turbinage. Comparées à ce dernier, les technologies de stockage d'énergie nouvelle offrent une grande flexibilité d'implantation, des délais de construction courts, une réactivité accrue et une grande diversité de fonctionnalités.
Les nouvelles technologies de stockage d'énergie sont largement utilisées dans divers secteurs du réseau électrique, modifiant profondément le fonctionnement des systèmes électriques traditionnels. Elles sont devenues indispensables à l'exploitation sûre, stable et économique des réseaux électriques.
2. Stockage d'énergie mécanique
Le stockage d'énergie mécanique comprend principalement le stockage d'énergie par air comprimé et le stockage d'énergie par volant d'inertie.
Stockage d'énergie par air comprimé (CAES) : le CAES utilise l'électricité excédentaire pendant les périodes de faible demande pour comprimer de l'air, qui est stocké puis libéré lors des pics de consommation afin de produire de l'électricité en actionnant une turbine à gaz. Le CAES convient aux applications à grande échelle telles que les parcs éoliens grâce à sa capacité à lisser les pics de consommation, mais il nécessite des conditions géographiques spécifiques.
Stockage d'énergie par volant d'inertie : cette méthode utilise l'énergie électrique pour accélérer un rotor placé sous vide, convertissant ainsi l'énergie électrique en énergie cinétique pour le stockage. Le stockage d'énergie par volant d'inertie se caractérise par des durées de décharge courtes et des capacités réduites, ce qui le rend idéal pour des applications telles que les alimentations sans interruption (ASI) et la régulation de fréquence. Cependant, sa densité énergétique est relativement faible, ne fournissant de l'énergie que pendant quelques secondes à quelques minutes.
3. Stockage électrochimique de l'énergie
Le stockage électrochimique de l'énergie est un domaine important qui comprend différents types de batteries :
Batteries lithium-ion : technologie de stockage électrochimique la plus aboutie et la plus répandue, actuellement produite à grande échelle et connaissant la croissance la plus rapide et la plus grande part de marché.
Batteries au plomb-acide : Ces batteries possèdent des électrodes composées principalement de plomb et de ses oxydes, avec un électrolyte d’acide sulfurique. Bien qu’elles représentent une technologie éprouvée et offrent des performances stables, elles souffrent de longs temps de charge, d’une pollution importante et d’une durée de vie limitée.
Batteries à flux : Encore au stade de la démonstration, les batteries à flux peuvent être classées selon leur électrolyte en batteries à flux redox au vanadium, batteries à flux zinc-fer, batteries à flux zinc-brome et batteries à flux fer-chrome. Les batteries à flux redox au vanadium sont les plus commercialisées, tandis que les autres sont en cours d’industrialisation.
Batteries sodium-ion : Ces batteries utilisent l’intercalation et la désintercalation d’ions sodium entre l’anode et la cathode pour la charge et la décharge. La technologie sodium-ion est encore expérimentale et fait l’objet de recherches et d’essais supplémentaires.
4. Stockage d'énergie électromagnétique
Le stockage d'énergie électromagnétique comprend le stockage d'énergie magnétique supraconducteur (SMES) et le stockage d'énergie par supercondensateur, adaptés aux applications nécessitant une décharge rapide et une puissance élevée.
Le stockage d'énergie magnétique supraconducteur (SMES) permet de stocker l'énergie électrique dans un champ magnétique, avec des capacités de charge/décharge rapides et une densité de puissance élevée. Malgré la disponibilité de produits SMES commerciaux basse et haute température, leur application aux réseaux électriques demeure limitée par le coût élevé et la complexité de la maintenance des matériaux supraconducteurs, ce qui les maintient au stade expérimental.
Les supercondensateurs stockent l'énergie électrique grâce à des principes électrostatiques, la tension de tenue du matériau diélectrique étant faible. De ce fait, leur capacité de stockage d'énergie est limitée, leur densité énergétique est faible et leur coût d'investissement élevé.
5. Stockage d'énergie chimique
Le stockage de l'énergie chimique concerne principalement les technologies de stockage de l'hydrogène. Celles-ci convertissent l'électricité intermittente ou excédentaire en hydrogène par électrolyse, lequel peut ensuite être reconverti en électricité grâce à des piles à combustible ou d'autres dispositifs de production d'énergie en cas de besoin.
D'après l'étude de Polaris intitulée « Étude des voies de développement des stations de stockage d'énergie à hydrogène pour l'écrêtement des pointes de consommation », le rendement actuel des systèmes de piles à combustible à hydrogène est d'environ 45 %. Compte tenu des pertes d'énergie lors de l'électrolyse de l'eau, le rendement global du système de stockage d'énergie à hydrogène est d'environ 35 %. Améliorer le rendement de conversion énergétique constitue un enjeu majeur, et le développement industriel à grande échelle du stockage d'énergie à hydrogène nécessitera un temps considérable.
