Parfois, deux valent mieux qu’un. Le couplage de l’énergie solaire et des technologies de stockage en est un exemple. La raison : l’énergie solaire n’est pas toujours produite au moment où l’on en a le plus besoin. Consommation d'énergie maximale se produit souvent le les après-midi et les soirées d'été lorsque la production d’énergie solaire diminue. Les températures peuvent être les plus chaudes pendant ces périodes, et les personnes qui travaillent pendant la journée rentrent chez elles et commencent à utiliser l’électricité pour refroidir leur maison, cuisiner et faire fonctionner leurs appareils électroménagers.
Le stockage permet à l'énergie solaire de contribuer à l'approvisionnement en électricité même lorsque le soleil ne brille pas. Cela peut également contribuer à atténuer les variations dans la façon dont l’énergie solaire circule sur le réseau. Ces variations sont attribuables à des changements dans la quantité de lumière solaire qui éclaire photovoltaïque (PV) ou concentration de l'énergie solaire thermique (CSP). La production d'énergie solaire peut être affectée par la saison, l'heure de la journée, les nuages, la poussière, la brume ou des obstacles comme les ombres, la pluie, la neige et la saleté. Parfois, le stockage d'énergie est colocalisé ou placé à côté d'un système d'énergie solaire, et parfois le système de stockage est autonome, mais dans les deux configurations, il peut aider à intégrer plus efficacement l'énergie solaire dans le paysage énergétique.
Qu’est-ce que le stockage d’énergie ?
Le « stockage » fait référence aux technologies qui peuvent capter l’électricité, la stocker sous une autre forme d’énergie (chimique, thermique, mécanique), puis la libérer pour être utilisée lorsque cela est nécessaire. Batteries lithium-ion sont une de ces technologies. Bien que l’utilisation du stockage d’énergie ne soit jamais efficace à 100 % (une partie de l’énergie est toujours perdue lors de la conversion de l’énergie et de sa récupération), le stockage permet une utilisation flexible de l’énergie à des moments différents de celui de sa production. Ainsi, le stockage peut augmenter l’efficacité et la résilience du système, et il peut améliorer la qualité de l’énergie en faisant correspondre l’offre et la demande.
Les installations de stockage diffèrent à la fois par leur capacité énergétique, qui correspond à la quantité totale d'énergie pouvant être stockée (généralement en kilowattheures ou en mégawattheures), et par leur capacité électrique, qui correspond à la quantité d'énergie pouvant être libérée à un moment donné ( généralement en kilowatts ou mégawatts). Différentes capacités de stockage d’énergie et de puissance peuvent être utilisées pour gérer différentes tâches. Un stockage à court terme qui ne dure que quelques minutes garantira le bon fonctionnement d'une centrale solaire lors des fluctuations de production dues au passage des nuages, tandis qu'un stockage à plus long terme peut aider à assurer l'approvisionnement pendant des jours ou des semaines lorsque la production d'énergie solaire est faible ou lors d'un événement météorologique majeur. , Par exemple.
Avantages de combiner stockage et énergie solaire
Équilibrer les charges électriques – Sans stockage, l’électricité doit être produite et consommée en même temps, ce qui peut signifier que les opérateurs de réseau mettent hors ligne une partie de la production, ou la « réduisent », pour éviter les problèmes de surproduction et de fiabilité du réseau. À l’inverse, il peut y avoir d’autres moments, après le coucher du soleil ou par temps nuageux, où la production solaire est faible mais la demande d’électricité importante. Entrez le stockage, qui peut être rempli ou chargé lorsque la production est élevée et la consommation d'énergie est faible, puis distribué lorsque la charge ou la demande est élevée. Lorsqu’une partie de l’électricité produite par le soleil est stockée, cette électricité peut être utilisée chaque fois que les opérateurs de réseau en ont besoin, y compris après le coucher du soleil. Le stockage agit ainsi comme une assurance contre le soleil.
Production solaire « raffermissante » – Le stockage à court terme peut garantir que des changements rapides de production n'affectent pas grandement la production d'une centrale solaire. Par exemple, une petite batterie peut être utilisée pour surmonter une brève interruption de production due à un nuage qui passe, aidant ainsi le réseau à maintenir une alimentation électrique « ferme », fiable et cohérente.
Assurer la résilience – L’énergie solaire et le stockage peuvent fournir une alimentation de secours en cas de panne électrique. Ils peuvent maintenir les installations critiques en activité pour assurer la continuité des services essentiels, comme les communications. L’énergie solaire et le stockage peuvent également être utilisés pour les micro-réseaux et les applications à plus petite échelle, comme les unités électriques mobiles ou portables.
Types de stockage d'énergie
Le type de stockage d’énergie le plus courant dans le réseau électrique est l’hydroélectricité pompée. Mais les technologies de stockage les plus fréquemment couplées aux centrales solaires sont le stockage électrochimique (batteries) avec les centrales PV et le stockage thermique (fluides) avec les centrales CSP. D’autres types de stockage, comme le stockage à air comprimé et les volants d’inertie, peuvent présenter des caractéristiques différentes, comme une décharge très rapide ou une très grande capacité, qui les rendent attractifs pour les gestionnaires de réseau. Plus d’informations sur d’autres types de stockage sont ci-dessous.
Hydroélectricité à stockage par pompage
Hydroélectricité à accumulation par pompage est une technologie de stockage d’énergie basée sur l’eau. L’énergie électrique est utilisée pour pomper l’eau vers le haut dans un réservoir lorsque la demande en énergie est faible. Plus tard, l’eau peut redescendre vers le bas et faire tourner une turbine pour produire de l’électricité lorsque la demande est élevée. L'hydroélectricité par pompage est une technologie de stockage éprouvée et mature utilisée aux États-Unis depuis 1929. Cependant, elle nécessite des paysages et des réservoirs appropriés, qui peuvent être des lacs naturels ou artificiels en construisant des barrages, ce qui nécessite de longs permis réglementaires, de longues délais de mise en œuvre et capital initial important. Hormis l'arbitrage énergétique, la valeur des services hydroélectriques pompés pour intégrer les énergies renouvelables variables n'est pas pleinement exploitée, ce qui peut allonger la période de récupération financière. Ce sont quelques-unes des raisons pour lesquelles l'hydroélectricité par pompage n'a pas été construite récemment, même si l'intérêt est évident dans les demandes de permis et de licences préliminaires adressées à la Commission fédérale de régulation de l'énergie.
Stockage électrochimique
Beaucoup d’entre nous connaissent les batteries électrochimiques, comme celles que l’on trouve dans les ordinateurs portables et les téléphones portables. Lorsque de l’électricité est injectée dans une batterie, elle provoque une réaction chimique et de l’énergie est stockée. Lorsqu'une batterie est déchargée, cette réaction chimique est inversée, ce qui crée une tension entre deux contacts électriques, provoquant la sortie du courant de la batterie. La chimie la plus courante pour les cellules de batterie est le lithium-ion, mais d'autres options courantes incluent les batteries à base de plomb, de sodium et de nickel.
Stockage d'énergie thermique
Le stockage d'énergie thermique est une famille de technologies dans lesquelles un fluide, tel que de l'eau ou du sel fondu, ou un autre matériau, est utilisé pour stocker la chaleur. Ce matériau de stockage thermique est ensuite stocké dans un réservoir isolé jusqu'à ce que l'énergie soit nécessaire. L’énergie peut être utilisée directement pour le chauffage et le refroidissement, ou pour produire de l’électricité. Dans les systèmes de stockage d’énergie thermique destinés à l’électricité, la chaleur est utilisée pour faire bouillir l’eau. La vapeur qui en résulte entraîne une turbine et produit de l'énergie électrique en utilisant le même équipement que celui utilisé dans les centrales électriques conventionnelles. Le stockage de l'énergie thermique est utile dans les usines CSP, qui concentrent la lumière du soleil sur un récepteur pour chauffer un fluide de travail. Le dioxyde de carbone supercritique est à l'étude comme fluide de travail qui pourrait tirer parti des températures plus élevées et réduire la taille des centrales électriques.
Stockage du volant
Un volant d'inertie est une roue lourde fixée à un arbre rotatif. Dépenser de l’énergie peut faire tourner la roue plus rapidement. Cette énergie peut être extraite en attachant la roue à un générateur électrique, qui utilise l'électromagnétisme pour ralentir la roue et produire de l'électricité. Bien que les volants d’inertie puissent fournir rapidement de l’énergie, ils ne peuvent pas stocker beaucoup d’énergie.
Stockage d'air comprimé
Les systèmes de stockage d’air comprimé sont constitués de grands récipients, comme des réservoirs, ou de formations naturelles, comme des grottes. Un système de compresseur pompe les récipients avec de l'air sous pression. L’air peut ensuite être libéré et utilisé pour entraîner une turbine qui produit de l’électricité. Les systèmes de stockage d’énergie à air comprimé existants utilisent souvent l’air libéré dans le cadre d’un cycle électrique au gaz naturel pour produire de l’électricité.
Carburants solaires
L'énergie solaire peut être utilisée pour créer de nouveaux combustibles qui peuvent être brûlés ou consommés pour fournir de l'énergie, stockant ainsi efficacement l'énergie solaire dans les liaisons chimiques. Parmi les carburants possibles examinés par les chercheurs figurent l'hydrogène, produit en le séparant de l'oxygène de l'eau, et le méthane, produit en combinant l'hydrogène et le dioxyde de carbone. Le méthane est le principal composant du gaz naturel, couramment utilisé pour produire de l’électricité ou chauffer les habitations.
Stockage virtuel
L’énergie peut également être stockée en modifiant la façon dont nous utilisons les appareils dont nous disposons déjà. Par exemple, en chauffant ou en refroidissant un bâtiment avant un pic prévu de demande électrique, le bâtiment peut « stocker » cette énergie thermique afin de ne pas avoir besoin de consommer de l'électricité plus tard dans la journée. Le bâtiment lui-même fait office de thermos en stockant de l'air frais ou chaud. Un processus similaire peut être appliqué aux chauffe-eau pour répartir la demande sur la journée.
En fin de compte, les clients solaires résidentiels et commerciaux, ainsi que les services publics et les opérateurs solaires à grande échelle, peuvent bénéficier de systèmes solaires et stockage. À mesure que la recherche se poursuit et que les coûts de l’énergie solaire et du stockage diminuent, les solutions solaires et de stockage deviendront plus accessibles à tous les Américains.
