>>Stockage de l’énergie

18 mai 2011
Cooperaction.org 

Yves GILLE - M'écrire

L’énergie que l’on pourra produire sera soit continue - dans certaines limites - comme pour l’énergie hydraulique, la fermentation méthanique, les carburants divers (bois, huiles...) soit, souvent, discontinue comme l’énergie éolienne ou solaire.

Chaque fois que la source est discontinue il faudra envisager un stockage de l’énergie, d’autant que le besoin est souvent maximum lorsque la source est absente comme pour l’éclairage à partir de cellules photovoltaïques.

Ce problème de stockage est particulièrement critique puisqu’il n’existe pas, actuellement, de systèmes :
- économiques,
- fiables,
- ne demandant que peu de maintenance et peu de connaissance,
- de grande robustesse pour une longue durée.

Ceci signifie, en première approche, que les sources continue et maitrisables à la demande seront à privilégier. Malheureusement on ne dispose pas toujours à volonté d’une chute d’eau ou de carburants !

Les batteries au plomb

Actuellement le stockage encore le plus usité reste la batterie au plomb, comme dans les voitures. Or, c’est un système lourd - donc coûteux à acheminer jusqu’au lieu d’utilisation -, assez cher, demandant une maintenance sérieuse et soigneuse, et de durée de vie limité puisqu’on peut considérer schématiquement qu’un groupe de batteries de prix moyen, bien traitées, durera au mieux 5 ans c’est à dire le quart de panneaux solaires photovoltaïques.

Si on considère que le prix de ce stockage (en 2008 - 2010) est du même ordre que ceux des panneaux qu’il dessert, ceci revient à dire que, pour une durée de vie de panneaux (20 ans) il faudra prévoir une dépense totale égale à 5 fois le prix des panneaux (prix des panneaux + 4 jeux de batteries). Cette disproportion entre coût des batteries au plomb - coût des panneaux ne fera que se creuser puisque le prix des cellules ne fait que baisser alors que celui des batteries est stable, leur technologie etant, depuis longtemps, à maturité.

Dans son excellent manuel (en français) "Energie Sans Limites", Reinout Vader de la société Victron Energy B.V. explicite très bien les multiples contraintes liées à l’utilisation des batteries au plomb, les erreurs à ne pas commettre (en particulier une décharge profonde qui est immédiatement fatale à une batterie) et les différents choix techniques proposées par l’industrie. Il rappel entre autre que :
- la durée de vie d’une batterie diminue avec l’augmentation de la température (en gros de moitié entre 20° et 30° C !),
- charge et décharge rapides échauffent la batterie donc altèrent sa durée,
- pour une bonne conservation les batteries doivent rester chargées au maximum ( !),
- pour une utilisation statique (sans agitation comme dans une voiture) il faut des batteries adaptées pour éviter une stratification de l’électrolyte,
- si certaines batteries peuvent avoir une durée de vie de 15 ans (dans des conditions idéales) leur prix par kWh stocké est grossièrement 3 à 4 fois plus élevé que les batteries les moins chères et les plus courantes (batteries de voiture dites "de démarrage".

En somme, la batterie au plomb est aujourd’hui (2011) le moyen le moins cher pour stocker de l’électricité mais c’est un bien piètre moyen !

Les autres batteries

Beaucoup de recherches sont effectuées sur le sujet mais elles portent essentiellement sur les batteries pour véhicules électriques. Ce sont donc des batteries où on recherchera surtout une grande vitesse de charge et de décharge, pour un faible poids, ceci en acceptant un certain prix et un nombre de cycles avant altération des performances assez modeste : de l’ordre de 1 000 dans d’excellentes conditions. Si on admet que 1 000 est un idéal et qu’on ne peut guère espérer que 80 % de ce résultat en pays chauds, on obtient 800 cycles soit 2,2 ans pour un cycle par jour ! C’est pas formidable !

Cependant des industriels et chercheurs se penchent maintenant sur le stockage au domicile - ce qui est exactement notre problématique ! -. En particulier, l’entreprise nouvelle Firma Dispatch Energy, allemande, s’est attaquée à ce problème et promet des résultats (à venir) intéressants. Dans une fiche de l’ADIT, Edith Chezel écrit : "L’idée de pouvoir utiliser soi-même le courant produit chez soi n’est pas nouvelle mais jusqu’ici, la technique faisait défaut pour pouvoir stocker des quantités significatives. [...] [Ces chercheurs] auraient donc choisi un matériau "plus lourd" que le graphite et qui permettrait de stocker l’énergie de manière "moins compacte". [...] le stockage d’énergie à domicile ne retient pas le critère du poids. Ce qui importait pour ces chercheurs était d’obtenir un système sûr, performant, pouvant se charger et se recharger des milliers de fois sans perte significative de courant, et qui soit surtout durable pendant au moins 20 ans afin de fonctionner aussi longtemps que les panneaux photovoltaïques qui l’alimentent. [...] Une production commerciale serait prévue à partir de l’été 2011 et Firma Dispatch Energy espère par la suite fournir 1000 foyers par an. Le prix de ce petit bijou n’est en revanche pas connu."

La batterie "idéale" est donc peut-être pour bientôt... mais à quel coût ?

Les stockage de la chaleur

On peut imaginer de stocker le chaleur solaire pour alimenter un moteur (type à source de chaleur externe, comme un moteur à vapeur ou un moteur Stirling). Il reste que ce stockage n’est ni simple ni peu coûteux ni n’accepte l’amateurisme : comme nous l’avons vu ailleurs, selon le principe de Carnot, plus la différence de température entre source chaude et froide est élevée meilleur est le rendement. Comme on ne peut espérer une source froide en dessous de 20° C, on ne peut qu’élever la température de la source chaude. Il faudra donc des moyens sophistiqués si on veut dépasser 95 - 100° C : huile sous pression, sodium fondu : 560 degrés Celsius dans des cuves de sels fondus (http://fr.wikipedia.org/wiki/Centrales_solaires_thermodynamiques), à la rigueur saumure très concentrée. Il faudra, en outre, prévoir une excellente isolation du "ballon" de stockage et, de préférence l’enterrer pour limiter les risques ou les conséquences d’accidents.

Une autre possibilité est celle des tours solaires où un certain stockage thermique se fait spontanément et peut être augmenté simplement mais il semble utopique d’envisager ce système, nécessitant une tour d’au moins plusieurs dizaines de mètres, pour de petites productions, sauf de très rares possibilités géographiques exceptionnelles (voir montagne solaire).

Le stockage mécanique

Il existe de multiples moyens de stocker de l’énergie mécanique mais, là encore, ce sont généralement de "gros" moyens :
- pompage d’eau du pied d’un barrage vers son sommet,
- mise sous pression d’air (attention à éviter toute trace d’huile ou autre carburant : à partir de 7 à 10 bars il y a un risque d’effet Diésel, donc d’explosion. Or, faire marcher un compresseur sans lubrification n’est pas simple !),
- volant d’inertie,
- stockage par le froid : l’ADIT dans un de ses bulletin décrit brièvement les travaux et prototypes d’une équipe anglaise. Mais ce système qui aurait un rendement très honorable de 50 % pouvant être porté à 70 % n’est actuellement envisageable que pour de gros équipements. Son passage à de petites structures demanderait probablement un considérable travail de recherche et de mise au point.

Le stockage chimique

On peut, au moins en théorie, imaginer de faire passer une combinaison chimique endothermique (qui absorbe de l’énergie pour se réaliser) d’un état à un autre puis de revenir au premier état, la réaction étant alors exothermique (fournissant de la chaleur).

A notre connaissance rien n’a été réalisée, au niveau application au terrain, à ce sujet.


Quelques références sur Internet

Régénération de batteries au plomb usagées

Vu sur http://www.cleantechrepublic.com

Depuis le site : http://www.cleantechrepublic.com/2011/11/29/batteries-usagees-mt-regeneration-plomb/

Eric Mosnier-Thoumas entrepreneur normand a créé MT Régénération qui propose aux utilisateurs de batteries Acide/Plomb de régénérer leurs batteries.

La technique de MT Régénération supprime le sulfate qui se dépose progressivement sur les plaques de plomb par une onde et un courant qui, grâce à la technique de résonance des matériaux, décoller le sulfate. Cette technologie se décline en plusieurs machines en fonction des caractéristiques des batteries plomb à réactiver : de démarrage, de traction ou stationnaires. L’entreprise ne compte pas actuellement s’attaquer aux batteries lithium car chaque batterie lithium présente une technologie différente.

Une batterie régénérée, disposerait d’environ 80% de ses capacités initiales et est facturée moitié moins chère que son équivalente neuve.

MT Régénération en bref…
- Création : mars 2010
- Siège social : Sotteville-Lès-Rouen (76)
- Effectif : 4 personnes
- Chiffre d’affaires : 160 000 euros (2011) ; 320 000 (objectif 2012)
- Volume de production : 50 tonnes de batteries recyclées en 2010
- Clients : sociétés de location (50%), collectivités (30%), industriels (10%), particuliers (10%)
- Partenaire : Strafont Energie (Valenton, 94)
- Concurrent : BSI
- Actionnariat : 30% levée de fonds ; 70 % fondateurs
- Coût : 2 500 euros pour une batterie de chariot élévateur régénérée (vendue 5 000 euros neuf)


Etude d’une batterie sodium-ion

Vu sur http://www.cleantechrepublic.com

Aquion Energy, aux USA, étudie une batterie sodium-ion comme alternative aux batteries lithium-ion.

Les ions sodium s’y déplacent grâce à une électrolyte à base d’eau. Le coût d’une telle batterie devrait être faible puisque le sodium est bien plus abondante et bon marché que le lithium mais aussi parce que ses caractéristiques techniques la rendrait plus facile à fabriquer. Aquion Energy envisage un prix de 300 dollars par kilowatt-heure.

Cette batterie salée aurait aussi l’avantage de fonctionner à température ambiante, avec un faible échauffement, la rendant plus sûre.

Après tests dans les prochains mois la montée en puissance de la production est prévue pour 2013.





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