Basé sur les différentes formes de stockage d'énergie,technologies de stockage d'énergiepeut être divisé en cinq catégories : technologie de stockage d'énergie mécanique, technologie de stockage d'énergie électrochimique, technologie de stockage d'énergie électrique, technologie de stockage d'énergie chimique et technologie de stockage d'énergie thermique.
◇Technologie de stockage de l'énergie électrique
◇Technologie de stockage d'énergie chimique
◇Technologie de stockage thermique
Technologie de stockage d'énergie mécanique
Comme chacun le sait, diverses formes d’énergie cinétique et potentielle existent dans la nature, telles que l’eau qui coule, le vent naturel, les marées et les vagues ; Les activités humaines génèrent également une grande quantité d’énergie cinétique et potentielle, comme le déplacement de personnes, de véhicules, de navires et de fluides. Toutes ces énergies, tant celles générées par la nature que celles générées par les activités humaines, sont des sources d’énergie renouvelables. L'énergie mécanique est la somme de l'énergie cinétique et potentielle, une grandeur physique représentant l'état de mouvement et l'altitude d'un objet. L'énergie cinétique et potentielle d'un objet peut être convertie l'une en l'autre ; dans le processus de conversion mutuelle entre l'énergie cinétique et l'énergie potentielle, la quantité totale d'énergie mécanique reste constante, c'est-à-dire que l'énergie mécanique est conservée.
Le stockage mécanique de l’énergie est une technologie qui convertit l’énergie en énergie mécanique pour le stockage, puis la reconvertit en énergie électrique lorsque cela est nécessaire. Les méthodes courantes de stockage d’énergie mécanique comprennent le stockage hydraulique par pompage, le stockage à air comprimé et le stockage d’énergie par volant d’inertie. Les technologies de stockage mécanique d'énergie ont généralement une densité de puissance élevée, des capacités de réponse rapides et une longue durée de vie, ce qui les rend adaptées à la régulation du réseau et à l'alimentation électrique de secours. Leur durée et leur échelle de stockage varient en fonction de la technologie spécifique, allant de quelques minutes à plusieurs jours, et peuvent répondre à divers besoins de stockage d'énergie.
Stockage hydraulique par pompage :
Le stockage hydroélectrique par pompage est actuellement la technologie de stockage d'énergie à grande échelle-la plus largement utilisée. Il utilise l'électricité pour pomper l'eau d'un réservoir de bas-niveau vers un réservoir de haut-niveau, stockant ainsi son énergie potentielle. Pendant les périodes de pointe de demande d’électricité, l’eau est libérée pour produire de l’électricité grâce à des turbines. Cette méthode a un rendement de conversion relativement élevé (généralement 70 % à 85 %), convient à la régulation des différences de crête-vallée dans le réseau électrique et offre une grande capacité de stockage et un fonctionnement stable.
Le stockage hydroélectrique par pompage est souvent utilisé pour soutenir l’intégration du réseau d’énergies renouvelables, équilibrer les fluctuations de l’offre et de la demande, et possède une longue durée de stockage et une forte capacité de réserve. Son principe est illustré à la figure 1-1.
Stockage d’énergie par air comprimé :
Le stockage d'énergie par air comprimé consiste à comprimer l'air à l'aide d'un compresseur électrique et à le stocker dans des cavernes souterraines, des réservoirs ou des récipients sous pression. Lorsque la demande en électricité augmente, l’air comprimé stocké est libéré, chauffé et utilisé pour entraîner une turbine afin de produire de l’électricité. Le stockage d'énergie par air comprimé offre généralement des capacités de stockage d'énergie à grande-échelle et à long terme-, avec des rendements allant généralement de 50 % à 70 %. Ces efficacités peuvent être encore améliorées lorsqu’elles sont combinées à des technologies de récupération de chaleur. Il convient à l'intégration avec des centrales électriques à énergie renouvelable à grande échelle afin d'améliorer la flexibilité et la stabilité du réseau.
Stockage d’énergie par volant d’inertie :
Le stockage d'énergie par volant d'inertie utilise un moteur pour entraîner un volant d'inertie à grande vitesse, convertissant l'énergie électrique en énergie cinétique pour le stockage. En cas de besoin, le volant d'inertie utilise un générateur pour reconvertir l'énergie cinétique en énergie électrique. La technologie de stockage d'énergie par volant d'inertie est connue pour sa vitesse de réponse extrêmement rapide (généralement de l'ordre de la milliseconde) et sa durée de vie élevée (jusqu'à des centaines de milliers de cycles), ce qui la rend adaptée aux scénarios de stockage d'énergie à court-terme et à haute-puissance, tels que la régulation de la fréquence du réseau et les alimentations sans coupure (UPS). Le stockage d'énergie par volant d'inertie a généralement un rendement de conversion élevé, atteignant 85 % à 95 %, mais sa durée de stockage est relativement courte, généralement utilisée pour équilibrer les fluctuations de puissance à court terme. La figure 1-2 montre le diagramme schématique d’un système de stockage d’énergie à volant d’inertie.
Technologie de stockage d'énergie électrochimique
Le stockage électrochimique de l'énergie est une technologie qui convertit l'énergie électrique en énergie chimique par le biais de réactions électrochimiques, la stockant puis la reconvertissant en énergie électrique lorsque cela est nécessaire. Son cœur est le stockage et la libération d’énergie grâce au processus de charge et de décharge des batteries. La technologie de stockage d'énergie électrochimique présente des avantages tels qu'une vitesse de réponse rapide, une efficacité élevée, une installation flexible et une conception modulaire, ce qui la rend adaptée à des scénarios tels que la régulation de fréquence connectée au réseau d'énergie renouvelable-, la régulation de crête-vallée et l'alimentation électrique de secours. Actuellement, les principales technologies de stockage d'énergie électrochimique comprennent les batteries au plomb-acide, les batteries au nickel-hydrure métallique, les batteries au lithium-ion, les batteries au sodium-ion et les batteries à flux, chacune avec ses performances, ses scénarios d'application et son potentiel de développement uniques. Avec la proportion croissante d'énergies renouvelables, le stockage électrochimique de l'énergie joue un rôle crucial dans la transformation de la structure énergétique mondiale et constitue une garantie importante pour parvenir à un système énergétique propre, à faible teneur en carbone et sûr.
Batteries au plomb- :
Les batteries au plomb-acide sont une technologie-de stockage d'énergie électrochimique établie de longue date et largement utilisée. Leur principe consiste à utiliser le plomb et ses oxydes comme matériaux d'électrode positive et négative, et une solution aqueuse d'acide sulfurique comme électrolyte, pour charger et décharger par une réaction électrochimique. Les batteries au plomb-acide présentent des avantages tels qu'un faible coût de production, une technologie mature, une fiabilité élevée et une forte résistance à la surcharge et à la décharge excessive-, et sont largement utilisées dans les batteries de démarrage automobile, les alimentations de secours et les systèmes de stockage d'énergie. Cependant, les batteries au plomb-acide ont une faible densité énergétique, une durée de vie limitée et contiennent du plomb toxique, qui peut polluer l'environnement s'il est mal éliminé. Malgré cela, les batteries au plomb-acide occupent toujours une place importante dans certains domaines, notamment dans les applications-sensibles aux coûts. À l'avenir, le recyclage respectueux de l'environnement et l'amélioration des performances des batteries au plomb- seront des orientations clés pour le développement de cette technologie.
Piles au nickel-hydrure métallique (NiMH) :
Les batteries NiMH sont une technologie de stockage d'énergie électrochimique qui utilise l'hydroxyde de nickel comme électrode positive et l'hydrure de nickel comme électrode négative. Ils offrent des avantages tels qu’une densité énergétique élevée, le respect de l’environnement et une longue durée de vie. Par rapport aux batteries traditionnelles, les batteries NiMH ne présentent pas les risques chimiques associés au cadmium et au molybdène, ce qui les rend plus respectueuses de l'environnement. Par conséquent, ils sont largement utilisés dans les outils électriques, les véhicules hybrides et les appareils électroniques portables. Ils ont également une efficacité de charge-décharge élevée et peuvent fonctionner de manière stable dans divers environnements. Une caractéristique clé des batteries au nickel est leur forte tolérance aux surcharges et aux décharges excessives, ce qui les rend excellentes dans les applications nécessitant des charges et décharges fréquentes. Bien que l'essor des batteries lithium-ion au cours des dernières années ait entraîné une baisse de la part de marché des batteries NiMH, elles conservent toujours une place dans des domaines d'application spécifiques.
Piles au lithium-ion :
Les batteries lithium-ion sont une technologie de stockage d'énergie électrochimique qui permet la charge et la décharge grâce à l'insertion et à l'extraction d'ions lithium entre les électrodes positives et négatives. La légèreté et la densité énergétique élevée du lithium ont conduit à l'application généralisée des batteries lithium-ion dans les appareils électroniques portables, les véhicules électriques et le stockage d'énergie renouvelable. Les batteries au lithium-ion offrent des avantages tels qu'une longue durée de vie et l'absence d'effet mémoire, mais elles présentent également certains problèmes de sécurité, tels que l'emballement thermique causé par une surcharge et une-décharge excessive. Grâce aux progrès technologiques, la sécurité et les performances électrochimiques des batteries lithium-ion se sont continuellement améliorées, tandis que les coûts ont diminué, ce qui en fait l'une des batteries de stockage d'énergie les plus utilisées sur le marché aujourd'hui. À l'avenir, le développement de technologies telles que les électrolytes à l'état solide-et les anodes à base de silicium-devrait améliorer encore les performances électrochimiques et la sécurité des batteries lithium-ion.
Piles au sodium-ion :
Les batteries sodium-ion constituent une nouvelle technologie de stockage d'énergie électrochimique qui se développe rapidement ces dernières années. Leur principe de fonctionnement est similaire à celui des batteries lithium-ion, où les ions lithium s'intercalent et se désintercalent entre les électrodes positives et négatives pour la charge et la décharge. Les avantages des batteries sodium-ion résident dans l'abondance et le faible coût des ressources en sodium, ainsi que dans leur indépendance par rapport aux limitations des ressources en lithium, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications de stockage d'énergie-à grande échelle. Bien que leur densité énergétique soit inférieure à celle des batteries lithium-ion, les batteries sodium-ion présentent de bonnes performances en termes de stabilité de cycle, de performances à basse-température et de sécurité, ce qui est très prometteur pour le développement futur. Actuellement, la recherche sur les batteries sodium-ion se concentre sur l'amélioration de la densité énergétique, la prolongation de la durée de vie et la réduction des coûts de fabrication. Grâce aux progrès technologiques continus, les batteries sodium-ioniques devraient devenir l'une des solutions importantes pour le stockage d'énergie à grande échelle-à l'avenir.
Batterie de flux :
Les batteries à flux sont une technologie de stockage d'énergie électrochimique dans laquelle l'électrolyte est stocké dans un réservoir externe. Leur principe implique le stockage et la libération d'énergie par des réactions électrochimiques entre deux électrolytes différents au sein de la batterie. Une caractéristique importante des batteries à flux est leur énergie et leur puissance de sortie réglables indépendamment ; la capacité de stockage peut être étendue en augmentant la quantité d'électrolyte stockée, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications de stockage d'énergie à grande-échelle et à long terme-. Les types courants de batteries à flux comprennent les batteries à flux redox au vanadium et les batteries à flux zinc/brome. Les batteries Flow offrent une longue durée de vie, une bonne sécurité et un respect de l'environnement, mais leur investissement initial est élevé et le système de batterie est complexe. Avec les progrès technologiques, le potentiel des batteries à flux dans le stockage d'énergie à grande échelle apparaît progressivement, en particulier dans les applications d'intégration de réseaux d'énergies renouvelables et de régulation de réseau.