Contraintes de production et de stockage – Première S – Cours

Cours de 1ère S sur les contraintes de production et de stockage

Contraintes de production et de stockage

Les besoins en électricité sont irréguliers mais doivent être satisfaits.

Il faut donc adapter la production à la consommation sous peine d’engendrer d’importantes pertes, tout en tenant compte des modes de production (éoliennes et panneaux photovoltaïques) dont la production est intermittente et dépend des conditions climatiques.

L’électricité n’est pas une source énergétique – elle ne peut donc être stockée telle quelle. Il va falloir conserver des réservoirs de sources primaires d’énergie quand c’est possible.

Les matières fossiles et l’eau retenue dans les barrages forment ainsi des réserves disponibles à tout moment en fonction des besoins.

Pourquoi stocker de l’électricité ?

L’équilibre offre / demande d’électricité, nécessaire au fonctionnement des réseaux électriques, est aujourd’hui de plus en plus fragile. Le réseau est conçu pour résister à un certain nombre d’aléas : climatiques par exemple pour la consommation (en France, une baisse de 1°C de la température en hiver entraîne une augmentation de la puissance appelée de 2,3 GW), pertes d’ouvrages pour la production, etc.

Le recours croissant à des solutions de production intermittentes d’électricité, éolien principalement, constitue une source de fragilité supplémentaire.

Les fluctuations de production, dictées par les aléas météorologiques, sont indépendantes de la consommation. Il faut donc gérer des situations nouvelles : surproduction d’électricité en période de faible consommation, moyen de production sur lequel on ne peut pas compter en période de pointe.

Comment stocker de l’énergie électrique?

Le stockage d’énergie répond à un besoin technique : c’est un atout indispensable à long terme pour permettre la décarbonation du mix électrique décidée par les politiques publiques, européennes notamment.

Le stockage d’énergie représente également un levier économique : c’est un moyen de tirer parti de la volatilité du marché de l’électricité pour générer des bénéfices, ou réduire les coûts induits par la consommation d’électricité. L’ensemble des acteurs ayant la possibilité de stocker de l’énergie (industriels, collectivités ou particuliers) peuvent tirer parti de cette opportunité.

Cette dualité besoin technique / opportunité économique crée aujourd’hui un contexte particulièrement favorable au déploiement de solutions de stockage d’énergie.

Sauf dans des cas bien particuliers, il est difficile de stocker directement l’électricité. Il faut dès lors la transformer en une autre forme d’énergie plus facilement stockable :

Mécanique : Cette catégorie regroupe les voies les plus connues de stockage à grande échelle. Elle inclut les volants d’inertie, les accumulateurs hydrauliques, et plus généralement tout type de stockage d’énergie potentielle ou cinétique.

Electrochimique : Les batteries. C’est la voie la plus connue du grand public, les batteries ayant de nombreuses applications quotidiennes (véhicules, téléphones portables…). Cette catégorie comprend aussi les batteries à circulation (dont batteries Red-Ox), basées sur le même principe mais dont les solutions actives sont contenues dans des réservoirs séparés, permettant ainsi de gérer la capacité énergétique indépendamment de la puissance de la batterie. Les technologies de batteries sont multiples et possèdent des caractéristiques très variables.

Thermique : De nombreuses solutions de stockage de froid (glace, liquides cryogéniques) et de chaud (sels fondus, accumulateurs de vapeur, graviers ou billes à changement de phase…) existent et permettent de stocker l’énergie sous forme thermique (chaleur latente, chaleur sensible) avant de la restituer, le plus souvent directement sous forme de chaleur ou de froid, mais aussi parfois sous forme électrique.

Electrostatique/magnétique : Certains systèmes permettent de stocker l’énergie directement sous forme électrique : les condensateurs, qui permettent d’accumuler des électrons. Les SMES5, eux, la convertissent en énergie magnétique.

Chimique : Il s’agit d’utiliser l’électricité pour constituer un composant chimique, une molécule, qui a ensuite la capacité, en brûlant ou via une pile à combustible par exemple, de restituer de l’énergie. L’hydrogène et le méthanol en sont deux exemples.

Utilité : Le stockage d’utilité au sein d’un procédé permet de concentrer en heures creuses la consommation d’électricité liée à la production d’un produit intermédiaire (oxygène ou azote liquide par exemple), qui peut être stocké à bas coût et sera consommé ultérieurement.

 



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Tables des matières Contraintes de production et de stockage - Produire et transporter l’énergie électrique - Défis du XXIe siècle - Physique - Chimie : Première S - 1ère S