Stockage par air comprimé

Avec la part croissante des énergies renouvelables fluctuantes dans le mix de production d’électricité, et afin qu’elles puissent garantir la disponibilité de leur production pour que cette part puisse continuer d’augmenter, des solutions de stockage de masse de l’énergie vont devoir apparaitre qui permettent de dépasser les limitations des solutions existantes, qu’elles soient en termes de contraintes de site, de performance, de coût, d’échelle de taille ou d’impact environnemental. Ce besoin de compensation lié au développement des énergies renouvelables fluctuantes d’ici à 2025 a été estimé en terme de capacité à 100 GW pour la zone Europe et 170 GW pour les Etats-Unis.

Stockage de masse

Le CES développe plusieurs projets dans le domaine du stockage d'énergie par air comprimé. Un des projets vise à démontrer la viabilité technique d’un système innovant de stockage de masse d’énergie sous forme d’air comprimé et de garantir le coût et la performance de la solution dans le cadre d’un déploiement commercial. Les objectifs principaux sont, sur le plan technique, le développement des briques technologiques nécessaires à la mise en œuvre de la solution et la réalisation d'un démonstrateur de taille suffisante pour permettre :

  • Au futur constructeur de la solution de lever les incertitudes techniques relatives au fonctionnement d’un ensemble complet avant de s’engager dans la fourniture à un client d’une installation de taille industrielle ; et
  • Aux futurs clients d’être convaincus de l’existence et du bon fonctionnement de la solution.

Les travaux s’appuient sur des procédés innovants d’unité de stockage d’énergie par air comprimé adiabatique. Les systèmes de stockage d’énergie par pression :

  • existent de manière classique sur les poids lourds et les grands engins miniers ;
  • ont fait l’objet de recherches pour des stockages énergétiques de grande ampleur ;
  • font l’objet d’un développement pour des véhicules pneumatiques.

La figure ci dessous montre un système de stockage développé, entre autres, par le CES. Un consortium de plusieurs industriels est engagé dans ce projet.

La compression d’air pour le stockage et sa détente par turbine pour la récupération de l’énergie stockée posent de grands problèmes d’évacuation de chaleur lors de la compression et de fourniture de chaleur lors de la détente. En effet, compte tenu du coefficient isentropique de compression de l’air, le réchauffement est très important dès que les taux de compression dépassent 7. Il faut alors non seulement un système poly-étagé, mais aussi intégrer des échangeurs de chaleur entre ces étages. Le refroidissement pose généralement moins de problème que le chauffage, qui implique usuellement une dépense énergétique associée non négligeable. Ces questions de refroidissement et de réchauffage deviennent donc incontournables pour des stockages d’énergie à haute pression.

Le travail à mener dans ce projet vise le développement de technologies de stockage d’énergie sous forme de pression avec stockage de chaleur. L’idée est de pouvoir doter l’industrie de systèmes facilitant l’intégration des énergies renouvelables localement. En effet, ces systèmes permettront de stabiliser la production pendant une durée pouvant atteindre 2 heures, ce qui permet de minimiser l’appel d’énergie sur le réseau. D’autre part, ces systèmes peuvent êtres couplés aux systèmes d’air comprimé dont dispose généralement chaque site industriel.

L’usage de la chaleur produite par la compression directement dans les procédés peut également constituer un enjeu important pour le développement de ces technologies. Il en est de même de la valorisation de la chaleur provenant d’autres sources lors de la détente du gaz comprimé.

Stockage d'énergie marine

Le nom de Pelamis fait référence au serpent de la mythologie grecque. Souple et solide à la fois, le dispositif aligne quatre cylindres métalliques en série reliés par des modules de conversion électrique. L'ensemble flotte et ondule, aussi bien horizontalement que verticalement, selon le mouvement de la houle.

A l'intérieur des modules, des vérins hydrauliques amortissent le mouvement et en récupère la puissance qui est convertie en électricité. Cette électricité est transmise par un câble sous-marin jusqu'à terre où elle rejoint le réseau électrique.

La puissance électrique d'un Pelamis est de 750 Kilowatt, permettant d'alimenter en électricité 500 foyers, et d'économiser 600 tonnes de pétrole ou encore 2 000 tonnes de C02 non rejetés dans l'atmosphère.

Un Pelamis mesure environ 180 mètres de long et a un diamètre de 4 m. Il est ancré au large, par des fonds supérieurs à 50 mètres. En fonction de l’énergie de houle disponible, le Pelamis produira environ 25-40% de l’énergie annuelle disponible. Son mouillage souple le laisse libre de s'orienter perpendiculairement à la direction principale de la houle. Il se déconnecte en 20 minutes et peut être remorqué. Le CES développe des systèmes de stockage d'énergie embarqués dans les Pélamis.

Stockage par air comprimé - MINES ParisTech
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