Technologies de stockage d'énergiesont des technologies qui stockent l’énergie via des appareils ou des supports physiques pour une utilisation ultérieure en cas de besoin. Technologie de stockage d'énergie peut être classé en fonction du support de stockage, peut être divisé en stockage d'énergie mécanique, stockage d'énergie électrique, stockage d'énergie électrochimique, stockage d'énergie thermique et stockage d'énergie chimique.
Cet article se concentre sur trois des principales technologies de stockage d’énergie électrique. Ils sont stockage d'énergie par pompe, stockage d'énergie à air comprimé et stockage d'énergie électrochimique.
1. Stockage par pompage
Il s’agit actuellement de la technologie de stockage d’énergie à grande échelle la plus utilisée.
(1) Principe de base
Des pompes et des turbines sont installées entre deux réservoirs à des hauteurs différentes. Lorsque les charges électriques sont faibles, des pompes électriques sont utilisées pour pomper l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur. Aux charges de pointe, l'eau est libérée des réservoirs élevés pour produire de l'électricité via les unités turbine-générateur.
(2) Caractéristiques
Il appartient au stockage d'énergie centralisé à grande échelle et la technologie est assez mature et peut être utilisée pour la gestion de l'énergie et le pic du réseau électrique.
L'efficacité est généralement d'environ 65 % à 75 % et peut atteindre jusqu'à 80 % à 85 %.
Réponse de charge rapide (un changement de charge de 10 % prend 10 secondes), de l'arrêt complet à la génération de pleine charge en 5 minutes environ, de l'arrêt complet au pompage à pleine charge en 1 minute environ.
A la capacité de régulation quotidienne, adaptée à la coopération avec les centrales nucléaires, à la production d'énergie éolienne à grande échelle, à la production d'énergie solaire photovoltaïque à très grande échelle.
(3) Inconvénients
Nécessite des piscines supérieures et inférieures.
Le choix du site de l'usine dépend des conditions géographiques, qui présentent certaines difficultés et limites.
Il y a une certaine distance du centre de charge, une transmission longue distance est requise.
(4) Demande
Actuellement, la moyenne mondiale de la part des unités de pompage-turbinage dans la capacité installée totale d'un pays est d'environ 3 %.
2. Stockage d'énergie à air comprimé
L'air comprimé est stocké dans des cylindres ou des réservoirs de stockage souterrains pour stocker l'énergie potentielle de l'air comprimé. Lorsque l’électricité est nécessaire, l’air comprimé est libéré pour entraîner la turbine afin de produire de l’électricité.
(1) Principe de base
Stockage d'énergie par air comprimé utilisant l'air comme vecteur d'énergie. Le stockage d'énergie par air comprimé à grande échelle utilisant l'excès d'électricité sera de l'air comprimé et stocké dans une structure souterraine (telle que des grottes souterraines). Si nécessaire, l’air comprimé est ensuite mélangé à du gaz naturel, puis brûlé et détendu pour alimenter une turbine à gaz.
Il existe actuellement différentes formes de systèmes de stockage d’énergie à air comprimé. Qui peuvent être classés en fonction du fluide de travail, du fluide de stockage et de la source de chaleur : systèmes de stockage d'énergie à air comprimé conventionnels (qui nécessitent la combustion de combustibles fossiles), systèmes de stockage d'énergie à air comprimé avec dispositifs de stockage de chaleur, et systèmes de stockage d’énergie par compression liquide-gaz.
(2) Avantages
Il dispose d'une fonction de décalage de pointe et convient à une utilisation dans les parcs éoliens à grande échelle. Parce que le travail mécanique généré par l’énergie éolienne peut directement entraîner la rotation du compresseur, réduisant ainsi la conversion intermédiaire en électricité, améliorant ainsi l’efficacité.
(3) Inconvénients
Nécessite une grande caverne pour stocker l’air comprimé, est étroitement lié aux conditions géographiques et convient à un nombre très limité d’emplacements.
Nécessite une turbine à gaz et une certaine quantité de gaz comme combustible et convient à la gestion de l'énergie, au nivellement de charge et à l'écrêtage des pointes.
Une technologie de stockage d’énergie à air comprimé non adiabatique a été développée dans le passé. La chaleur dégagée lorsque l’air est comprimé n’est pas stockée et est dissipée par refroidissement. Au lieu de cela, l'air comprimé doit être réchauffé avant d'entrer dans la turbine. L'efficacité de l'ensemble du processus est donc faible, généralement inférieure à 50 %.
(4) L’importance de la centrale électrique de stockage d’énergie à air comprimé :
Air est le meilleur choix pour le « multimédia énergétique ». Il existe une tendance mondiale au développement vigoureux des énergies solaire, éolienne, houlomotrice et nucléaire, mais l’offre et la demande sont souvent asynchrones et déséquilibrées. Le seul « multimédia énergétique » capable de convertir, de stocker et d’accéder à toutes les formes d’énergie est « l’air ». Et c'est le « meilleur candidat » pour ce « rôle ».
D'énormes avantages économiques et sociaux, calculés sur la base d'un tiers de la capacité de production d'électricité, peuvent permettre d'économiser quatre ou cinq cents millions de tonnes de charbon par an. Cela équivaut à la production annuelle de dizaines de mines de charbon de moyenne et grande taille. Et année après année, les avantages économiques et sociaux sont énormes, permettant d’économiser beaucoup de ressources et de promouvoir un développement économique et social durable.
3.Stockage électrochimique
Le stockage électrochimique comprend principalement une variété de batteries secondaires, de batteries au plomb, de batteries lithium-ion, de batteries sodium-soufre et de batteries à courant liquide. Application du principe de stockage chimique de diverses batteries (principalement des batteries lithium-ion) pour stocker l’énergie électrique. Lors de la charge, l'énergie électrique est convertie en énergie chimique de la batterie et lors de la décharge, l'énergie chimique est convertie en énergie électrique produite.
Dans lequel les batteries au plomb et les batteries au lithium sont plus largement utilisées.
3.1Batteries au plomb
(1) Principe de base
La batterie au plomb est l’une des batteries les plus utilisées au monde. Les batteries au plomb dans l'anode (PbO2) et la cathode (Pb) immergées dans l'électrolyte (acide sulfurique dilué), entre les deux pôles, produiront un potentiel de 2 V.
(2) Avantages
La technologie est une structure très mature et simple, un faible coût et une maintenance facile ; -La durée de vie du cycle peut atteindre environ 1000 fois.
Durée de vie jusqu'à environ 1000 fois ; -Efficacité jusqu'à 80% à 90%.
Efficacité jusqu'à 80 % à 90 %, rentable.
(3) Inconvénients
Diminution de la capacité utilisable en décharge profonde, rapide et à haute puissance ; -Densité d'énergie inférieure, durée de vie inférieure.
Densité énergétique inférieure, durée de vie plus courte.
Le plomb a un impact plus important sur l'environnement
(4) Demande
Les batteries au plomb sont souvent utilisées comme alimentation accidentelle ou de secours pour les systèmes électriques et, dans le passé, la plupart des systèmes de production d'énergie photovoltaïque autonomes étaient équipés de telles batteries. Actuellement, il existe une tendance à être progressivement remplacée par d’autres batteries (telles que les batteries lithium-ion).
3.2Batterie lithium-ion
(1) Principe de base
La batterie lithium-ion est en fait une batterie à concentration lithium-ion, les électrodes positives et négatives sont composées de deux composés intégrés lithium-ion différents.
Lors de la charge, Li + du électrode positive désincorporé grâce à l'électrolyte intégré dans le électrode négative, l'électrode négative est dans un état riche en lithium, l'électrode positive est dans un état pauvre en lithium.
La décharge est à l'opposé, Li + de l'électrode négative désencastrée, à travers l'électrolyte intégré dans l'électrode positive, l'électrode positive à l'état riche en lithium, l'électrode négative à l'état pauvre en lithium.
(2) Avantages
L'efficacité de la batterie lithium-ion peut atteindre plus de 95 %.
Le temps de décharge peut aller jusqu'à plusieurs heures.
Faire du vélo jusqu'à 5 000 fois ou plus, réponse rapide.
Les batteries lithium-ion sont des batteries pratiques avec l'énergie spécifique la plus élevée parmi les batteries. Et il existe une variété de matériaux qui peuvent être utilisés pour son anode et sa cathode. Par exemple : les batteries lithium-ion au lithium-cobaltate, les batteries lithium-ion au manganate de lithium, les batteries lithium-ion au lithium-fer phosphate, etc.
(3) Inconvénients
Le prix des batteries lithium-ion reste élevé.
Parfois, une surcharge peut entraîner de la chaleur, une combustion et d'autres problèmes de sécurité.
(4) Demande
En raison de l’application des batteries lithium-ion dans les appareils portables et mobiles tels que les voitures électriques, les ordinateurs, les téléphones portables, etc., elles sont désormais devenues presque la batterie la plus utilisée au monde.
La densité énergétique et la densité de puissance élevées des batteries lithium-ion sont la principale raison pour laquelle elles ont pu gagner une large application et attirer l'attention. Sa technologie se développe rapidement et, ces dernières années, la production de masse et les applications multi-occasions ont conduit à une forte baisse de son prix, et donc à son utilisation croissante dans les systèmes électriques.
La technologie des batteries lithium-ion est toujours en développement continu et les recherches actuelles se concentrent sur l'amélioration de sa durée de vie et de sa sécurité, la réduction des coûts et le développement de nouveaux matériaux d'électrodes positives et négatives.
En outre, il existe le stockage d'énergie par volant d'inertie, le stockage d'énergie par supercondensateur, le stockage d'énergie supraconducteur et d'autres technologies, mais l'échelle d'application actuelle est petite. Les trois ci-dessus constituent la technologie actuelle de stockage d’énergie à grande échelle. Avec le développement de la technologie, diverses méthodes de stockage d’énergie continueront à s’améliorer et à être appliquées.