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Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER Chapitre1 : Généralité sur le sto

Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER Chapitre1 : Généralité sur le stockage d’énergie électrique I. Introduction : Dès le XIXe siècle, la révolution industrielle a accéléré le besoin en énergie électrique. L’accroissement mondial de la demande en énergies fossiles, la hausse des cours qui en résulte et les troubles politiques de plusieurs pays producteurs rendent l’approvisionnement partiellement incertain. Ce qui rend l’équilibre offre/demande d’électricité, nécessaire au fonctionnement des réseaux électriques aujourd’hui de plus en plus fragile. Pour cela, le stockage de l’énergie est donc un atout géostratégique. En effet, les besoins actuels en électricité ont rendu le stockage de l’EE comme une composante indispensable dans le développement d’une unité de production future durable. De nombreux scientifiques cherchent alors les moyens de stocker l’électricité pour qu’elle délivre son extraordinaire pouvoir à la demande. En faite, c’est le début de la quête des meilleures techniques de stockage de l’électricité. Le stockage de l’électricité est donc considéré comme une approche établie et précieuse pour améliorer la fiabilité et l'utilisation globale de l'ensemble du système électrique tout en assurant la continuité de l'approvisionnement en énergie. Il fournit un moyen de stocker l'énergie et de tamponner les fluctuations transitoires en cas de décalage entre les périodes de production et de demande. L’électricité ne peut pas être stocké facilement et nécessite une transformation sous une autre forme d’énergie (Chimique, thermique, potentiel, mécanique). Définition: Stocker de l'énergie consiste à mettre en réserve une quantité d’énergie provenant d’une source sous une forme aisément utilisable pour une utilisation ultérieure. 1 Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER II. Les applications de stockage de l’énergie électrique Les applications de stockage d’électricité sont principalement : - Système autonome portable - Véhicule hybride ou électrique - Système électrique stationnaire III. Les avantages de stockage électrique : Le besoin de stockage est une réponse à des considérations d’ordre économique, environnemental, géopolitique et technologique. Mettre à profit le stockage comme un outil d’arbitrage sur les marchés de l’énergie : Le système de stockage a été utilisé pour augmenter l'efficacité énergétique et réduire le prix de l'électricité en utilisant une stratégie d'échange de l'électricité connue sous le nom d'arbitrage énergétique. Cette approche vise à acheter l'énergie du réseau à un prix bas pendant les périodes creuses, à stocker l'énergie produite, puis à la revendre au réseau à un prix nettement plus élevé, notamment pendant les périodes de pointe de demande. Se prémunir contre les risques économiques moyen et long terme (Augmentation du prix des énergies fossiles). Permettre l’ilotage de consommateurs. Améliorer la stabilité et la fiabilité du réseau électrique : Les technologies de stockage d’électricité peuvent fournir des services auxiliaires essentiels au système électrique. Ces services comprennent en grande partie le contrôle et la régulation de la fréquence du réseau, ainsi que le contrôle de la tension. Le stockage d'énergie peut soutenir le réseau en fournissant des réserves de fonctionnement en puissance active pour réguler les changements aléatoires 2 Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER de courte période de fréquence pendant le fonctionnement normal et répondre rapidement aux situations d'urgence. Il est capable aussi d’absorber et de restituer de la puissance réactive pour la régulation de la tension pour assurer l'amélioration de la qualité de l'alimentation électrique. Ces services de stockage à réponse rapide sont nécessaires pour garantir un fonctionnement robuste du réseau en réponse aux fluctuations brèves (de quelques secondes à des dizaines de minutes) de la production et de la demande. Réserves pour imprévus: Afin d'exploiter le réseau électrique de manière fiable, des réserves pour imprévus doivent être utilisées en cas de contingence du réseau. Le stockage d’électricité permet de pallier les défaillances du réseau (perte d’une installation de production d’électricité ou rupture d’une ligne) et/ou d’aider au redémarrage d’une installation de production ainsi que de garantir la sécurité du réseau public d’électricité. Le développement des équipements portables et des véhicules hybrides et électriques : D’un point de vue technologique, le système de stockage permet d’héberger une densité d’énergie dans un volume limité et de la restituer aisément pour répondre instantanément à la demande Augmenter la pénétration des sources variables renouvelables : Le système de stockage raccordé à ces sources vise à réduire les besoins en centrale thermique et à augmenter la quantité de production d'énergie renouvelable variable et intermittente, et de renforcer la résilience du réseau aux pannes de courant dues à des phénomènes météorologiques violents. En effet, le système de stockage est parfaitement adapté pour absorber l'énergie électrique (cycle de charge) chaque fois qu'il y a un excédent de production pour une demande donnée et pour injecter de l'énergie dans le réseau électrique (cycle de décharge) lorsqu'il y a un manque de génération. 3 Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER Le stockage d’énergie, élément clé d’un mix énergétique décarboné : Le déploiement à grande échelle des énergies intermittentes ne pourra se faire sans le développement lié de solutions compensatoires. Le recours actuel à des moyens de production émetteurs de CO2 pour pallier les aléas de production d’énergie renouvelable est à long terme peu compatible avec le but recherché (entraîner une augmentation des émissions de CO2, notamment lors de périodes de forte consommation). Le couplage des énergies intermittentes renouvelables et du stockage trouve tout son sens dans une recherche de cohérence environnementale des politiques énergétiques. IV. Les différents niveaux de stockage : Le stockage peut être effectué au niveau : - Du réseau pour limiter le problème de délestage. - Des générateurs fluctuants - Des consommateurs V. Les différentes technologies de stockages : Il existe aujourd’hui un grand nombre de technologies de stockage. Leur intégration dans les réseaux électriques soulève des interrogations quant au choix de la technologie la plus adaptée aux besoins. En effet, chaque technologie a ses spécificités en termes de taille, de puissance délivrée, de coût, de nombre de cycles et donc de durée de vie, de densité énergétique, de maturité technologique, etc. Le système de stockage électrique peut être classé en trois catégories selon le type de l’énergie stockée: L’énergie mécanique (hydraulique pompée, air comprimé, volant), l’énergie électrochimique (pile à combustible, batterie) et l’énergie électromagnétique (condensateur, super-condensateur, supraconducteur). 4 Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER Le système de stockage électrique peut être aussi répertorié selon la durée de stockage en deux types : Le stockage à long terme : (Temps de stockage >à 10 mm) Le stockage à court terme : (Temps de stockage <à 10 mm) 1. Stockage mécanique Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) Ce système de stockage repose sur le principe de l’énergie gravitaire. Il, lié à l’énergie hydraulique. C’est jusqu’à présent le seul système de stockage par gravité ayant fait ses preuves. Il fonctionne sur le principe de deux retenues d’eau à des hauteurs différentes reliées par un système de canalisations. L’énergie hydraulique permet de fabriquer de l’électricité par les centrales hydroélectriques grâce à la force des chutes de d’eau naturelle ou créé artificiellement à partir d’une retenue d’un barrage. En période de surplus de production, l’eau du bassin inférieur est ainsi pompée via une conduite forcée vers le bassin supérieur à l’aide de la turbine, qui devient un réceptacle d’énergie potentielle. Lorsque le besoin se fait ressentir, une partie du réservoir supérieur est vidée et par gravité l’eau fait tourner la turbine. Sur l’axe de la turbine, se trouve un générateur qui permet de transformer la rotation en électricité. Une centrale hydraulique comporte : - Un barrage qui contient l’eau - Une centrale qui produit de l’électricité - Des lignes électriques transportent l’énergie La STEP est une technologie mature nécessitant néanmoins des installations conséquentes et un contexte géographique spécifique. Elle est en plein essor dans les régions montagneuses du monde entier. 5 Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER La taille importante des installations permet de stocker de grandes quantités d’énergie, jusqu’à plusieurs jours de production en fonction de la taille des réservoirs, et d’importantes capacités de puissance mobilisables en quelques minutes, de quelques dizaines de mégawatts à plusieurs gigawatts en fonction de la hauteur d’eau. Les stations de pompage jouent un rôle important en période de pointe et sont un élément fondamental de sécurité du réseau dans la mesure où leur production est mobilisable en quelques minutes. L’attrait du stockage par STEP est donc un formidable vecteur de durabilité de l’approvisionnement électrique. Comme points fortes et faibles de la méthode pompage-turbinage (STEP), on peut citer : Avantages 6 Figure.1.1 : Station de transfert par pompage (STEP) Cours Stockage d’énergie électrique 1ére SEER • Rendement moyen : 75% • Longévité de l’installation • Puissance et capacité importantes • Rapidité de mise en route (2 min) Inconvénients • Installation volumineuse Stockage par air comprimé (CAES, Compressed Air Energy Storage) Le principe du CAES repose sur l’élasticité de l’air : l’air est d’abord comprimé via un système de compresseurs, à très haute pression (100 à 300 bar) et stocké dans un réservoir souterrain étanche. Pour récupérer cette énergie potentielle, l’air est détendu dans une turbine qui entraîne une génératrice électrique. Ce système de stockage est conditionné de l’existence de la caverne (ancienne mine de sel, vieux uploads/Industriel/ chapitre1stockage-d-x27-energie.pdf