Les atouts de l’électricité

Stocker l'énergie électrique : un prérequis au déploiement du renouvelable

Stocker l’énergie électrique : un prérequis au déploiement du renouvelable

 

I. Gérer les fluctuations de l’offre et de la demande

 

Une demande fluctuante

La demande est fluctuante en termes de saisonnalité et d’heure de la journée.

On se doute qu’en hiver on consomme davantage qu’en été : il faut se chauffer l’hiver, ce qui n’est pas nécessaire en été. De plus, beaucoup d’entreprises ferment en été, elles consomment donc moins.

Pour ce qui est de la journée, la consommation est très faible la nuit, puis elle se place sur un palier la journée et enfin, il y a un pic aux environs de 19h lorsque l’on rentre chez soi après le travail. Il y a donc une forte variation de la demande en fonction des saisons et de l’heure de la journée. Par ailleurs l’offre est aussi variable.

 

Offre variable non-ajustable

Cette offre qui est non-ajustable concerne surtout les énergies solaires et éoliennes. En effet, ces énergies dépendent de l’ensoleillement de la journée ou bien de la présence de vent.

 

Offre ajustable

À l’inverse, il y a une offre non variable et ajustable :

– Les centrales thermiques à flamme (on brûle du gaz, du charbon ou du pétrole).

– Les centrales nucléaires.

– Les barrages hydroélectriques qui font partie des sources d’énergies renouvelables.

– Offre et demande égale à tout instant.

La règle générale à respecter en électricité : il faut qu’à tout instant la production électrique soit égale à la consommation électrique.

 

II. Stocker l’énergie électrique

 

Un enjeu des énergies renouvelables est de stocker l’énergie produite.

 

Stocker sous forme chimique

accumul

Le stockage sous forme chimique consiste à faire passer de l’énergie chimique accumulée dans des batteries en énergie électrique : on décharge les batteries, on consomme l’énergie accumulée. On peut aussi charger l’accumulateur en envoyant de l’énergie électrique qui va être transformée en énergie chimique qui sera stockée.

Néanmoins, le problème de ces accumulateurs est qu’ils sont très coûteux, très volumineux et les matériaux utilisés sont assez polluants. Cette solution est intéressante à petite échelle néanmoins, pour un particulier par exemple.

 

Stocker sous forme d’énergie potentielle

C’est le principe du barrage hydroélectrique qu’on utilise dans les 2 sens. Dans le cas classique l’eau descend du point haut vers le point bas, pour faire tourner une turbine et produire de l’énergie. On peut utiliser le barrage comme stockage en injectant de l’énergie électrique pour faire tourner la turbine dans le sens inverse de manière à envoyer l’eau du bas vers le haut. C’est une forme de stockage très intéressante, avec un coût environnemental faible, même si pour créer un barrage il faut souvent inonder une vallée.

 

Stocker sous forme d’énergie EM

On peut aussi stocker l’énergie électrique sous forme d’énergie électromagnétique, notamment via les supercondensateurs, qui stockent l’énergie sous la forme :

$E_{stockée}=dfrac{1}{2}times C times u^2$

$C$ est la capacité du supercondensateur et $u$ est la tension aux bornes du condensateur. C’est extrêmement intéressant car la mobilisation de l’énergie est très rapide : on peut vider le condensateur en quelques dixièmes de secondes mais on ne peut pas stocker de grandes quantités d’énergies.

 

Ces différentes méthodes sont assez complémentaires entre elles et permettent donc le développement d’offres variables non ajustables que sont le solaire et l’éolien.

Produire de l'énergie électrique sans combustion

Produire de l’énergie électrique sans combustion

 

Quels sont les différents moyens pour produire de l’énergie électrique sans combustion ?

 

I. Comment produire de l’électricité ?

 

A partir de l’énergie mécanique

Tout d’abord, on peut produire de l’énergie électrique grâce à de l’énergie mécanique. Il faut pour cela un convertisseur de puissance mécanique en puissance électrique. C’est l’alternateur.

alternateur-PC

Comment obtenir une énergie mécanique ?

Il a une manière directe : via l’énergie éolienne, en utilisant l’énergie du vent ou encore l’énergie de l’eau que l’on appelle l’énergie hydraulique. Dans ce dernier cas, on peut utiliser des barrages hydroélectriques : on fait une retenue d’eau et on déverse l’eau dans des turbines, ou bien on peut utiliser des hydroliennes : les courant marins font tourner une hélice. Ce moyen direct est assez récent, c’est ce que l’on appelle les énergies renouvelables.

Une autre manière plus ancienne : on récupère de l’énergie mécanique à partir d’une puissance thermique. Pour cela, on peut brûler du charbon, du gaz ou du pétrole, ce qui ne correspond pas à ce que l’on veut utiliser puisqu’on ne veut pas de combustion.

Il y a d’autres moyen pour obtenir de l’énergie thermique :

– Le nucléaire, très utilisé en France : on utilise des réactions nucléaires (on casse des noyaux).

– La géothermie : on récupère la chaleur de la profondeur de la Terre.

– La centrale solaire thermique : on concentre l’énergie du soleil pour chauffer.

 

A partir de l’énergie lumineuse

C’est une autre famille de moyens pour obtenir de l’énergie électrique. Dans ce cas, on met à profit le panneau photovoltaïque, qui convertit la puissance lumineuse en puissance électrique.

panneau-PC

 

A partir de l’énergie chimique

Une autre famille de moyens est d’utiliser la puissance chimique. On convertit une puissance chimique en puissance électrique grâce à :

– Une pile.

– Un accumulateur (pile rechargeable).

– Une pile à hydrogène.

pile-PC

 

II. Chaîne de transformation d’énergie

 

Pour comprendre en profondeur la transformation d’une puissance quelconque en une puissance électrique, on propose ici de regarder en détail la chaîne de l’éolienne.

 

Chaîne d’une éolienne

eolienne

Pour transformer la puissance du vent en puissance électrique, il y a plusieurs étapes. Tout d’abord la puissance mécanique du vent est transformée via une turbine en puissance mécanique de rotation. Cette puissance mécanique de rotation est alors convertie en puissance électrique via un alternateur, et cette puissance électrique est à nouveau transformée en une autre puissance électrique via un transformateur.

Par exemple, si la puissance électrique qui sort de l’alternateur est de $300V,$ le transformateur peut sortir une puissance électrique de $20 000 V$ qui permet au courant électrique de passe facilement dans les lignes électriques. A chaque étape, il y a un rendement de conversion, il y a des pertes à chaque étape de la chaîne.

 

Rendement global $eta$

Si on veut le rendement global, alors :

$eta = dfrac{P_{elec2}}{P_{vent}}= dfrac{P_{elec2}}{P_{elec1}} times dfrac{P_{elec1}}{P_{rot}}times dfrac{P_{rot}}{P_{vent}}= eta_1 times eta_2 times eta_3$.

Donc $eta = eta_1 times eta_2 times eta_3$