Intégration solaire : principes fondamentaux de l’énergie solaire et du stockage

 

Parfois, deux sont supérieurs à un. La combinaison de l’énergie solaire avec la technologie de stockage en est un exemple. La cause : l’énergie solaire n’est pas toujours produite pendant les pics de demande d’électricité. Les pics de consommation d’énergie se produisent souvent les après-midi et les nuits d’été, lorsque la production d’énergie solaire est en baisse. Les personnes qui travaillent pendant la journée rentrent chez elles et commencent à utiliser l’électricité pour refroidir leur maison, cuisiner et faire fonctionner des appareils électroménagers lorsque les températures sont à leur apogée.

Le stockage permet à l’énergie solaire de contribuer au réseau électrique même lorsque le soleil ne brille pas. En outre, il peut aider à lisser les changements dans le flux d’énergie solaire sur le réseau. Les variations de la quantité d’ensoleillement brillant sur les panneaux photovoltaïques (PV) ou les systèmes d’énergie solaire thermique à concentration (CSP) sont responsables de ces fluctuations. La saison, l’heure de la journée, les nuages, la poussière, la brume et les obstacles, y compris les ombres, la pluie, la neige et le sol, peuvent affecter la production d’énergie solaire. Parfois, le stockage de l’énergie est co-localisé ou placé à côté d’un système d’énergie solaire, et parfois le système de stockage est autonome. Néanmoins, dans les deux configurations, il peut aider à intégrer l’énergie solaire dans le paysage énergétique avec plus de succès.

Qu’est-ce que le stockage d’énergie implique?

Le terme « stockage » fait référence à une technologie qui peut capter l’électricité, la stocker comme un autre type d’énergie (chimique, thermique ou mécanique), puis la libérer lorsque cela est nécessaire. La batterie lithium-ion est l’une de ces technologies. Bien qu’aucun système de stockage d’énergie ne soit jamais complètement efficace, étant donné qu’une partie de l’énergie est toujours perdue lors de la conversion et de la récupération, il permet une utilisation flexible de l’énergie à d’autres périodes que lors de sa création. Par conséquent, le stockage peut améliorer l’efficacité et la résilience du système ainsi que la qualité de l’alimentation en équilibrant l’offre et la demande.

La capacité énergétique, qui est la quantité totale d’énergie qui peut être stockée (souvent en kilowattheures ou en mégawattheures), et la capacité énergétique, qui est la quantité d’énergie qui peut être déchargée à un moment donné, varient d’une installation de stockage à l’autre (habituellement en kilowatts ou en mégawatts). Diverses capacités de stockage d’énergie peuvent être utilisées pour accomplir diverses activités. Un stockage à court terme qui ne dure que quelques minutes peut maintenir le bon fonctionnement d’une centrale solaire lors des changements de production causés par le passage des nuages, mais le stockage à plus long terme peut aider à fournir de l’énergie pendant des jours ou des semaines lorsque la production d’énergie solaire est faible ou lors d’un événement météorologique majeur, par exemple.

Les avantages de combiner l’énergie solaire avec le stockage

• Égalisation des charges électriques Sans stockage, l’énergie doit être générée et consommée simultanément, ce qui peut obliger les gestionnaires de réseau à « réduire » une partie de la production pour éviter les problèmes de surproduction et de fiabilité du système. En revanche, il peut y avoir des moments, comme après le coucher du soleil ou par temps couvert, où la production solaire est faible mais la consommation d’énergie est élevée. Entrez dans le stockage, qui peut être chargé ou chargé lorsque la production est élevée et la consommation d’énergie est faible, puis déchargé lorsque la charge ou la demande est élevée. Lorsqu’une partie de l’énergie solaire est stockée, les opérateurs de réseau peuvent l’utiliser chaque fois qu’ils en ont besoin, même après le coucher du soleil. En ce sens, le stockage sert de police d’assurance contre les jours nuageux.
• « Raffermir » la production solaire : Le stockage à court terme peut atténuer l’impact des variations rapides de la production sur la production d’une centrale solaire. Par exemple, une petite batterie peut être utilisée pour maintenir l’approvisionnement en électricité « ferme » et fiable du réseau même lorsqu’un nuage passe et empêche temporairement la production d’électricité.
• L’énergie solaire et le stockage d’énergie peuvent fournir une alimentation de secours en cas de panne d’électricité. Ils peuvent entretenir des installations clés pour assurer la continuité de services importants, tels que les communications. L’énergie solaire et le stockage d’énergie peuvent également être utilisés dans les micro-réseaux et d’autres systèmes à plus petite échelle, tels que les unités d’alimentation mobiles ou portables.

Différents types de stockage d’énergie

L’hydroélectricité par pompage est la méthode la plus répandue de stockage d’énergie dans le système électrique. Le stockage électrochimique (batteries) avec des centrales photovoltaïques et le stockage thermique (fluides) avec des centrales CSP sont néanmoins les technologies de stockage les plus généralement associées à des installations d’énergie solaire. D’autres formes de stockage, telles que le stockage d’air comprimé et les volants d’inertie, peuvent avoir d’autres propriétés qui les rendent souhaitables pour les opérateurs de réseau, telles qu’une décharge très rapide ou une très grande capacité.

Hydroélectrique par pompage-turbinage

L’hydroélectricité par pompage-turbinage est une méthode de stockage d’énergie à base d’eau. Lorsque la demande d’énergie est faible, l’énergie électrique est utilisée pour pomper l’eau en montée dans un réservoir. Plus tard, lorsque la demande d’énergie est forte, l’eau peut être autorisée à descendre et à entraîner une turbine pour créer de l’électricité. Depuis 1929, aux États-Unis, l’hydroélectricité pompée est un type de stockage d’énergie bien établi et mature. Cependant, cela nécessite des paysages et des réservoirs appropriés, qui peuvent être des lacs naturels ou des réservoirs créés par des barrages, ainsi que des approbations réglementaires étendues, de longues périodes de mise en œuvre et des coûts initiaux substantiels. Outre l’arbitrage énergétique, la valeur des services d’hydroélectricité pompée pour intégrer des énergies renouvelables variables n’est pas complètement exploitée, ce qui entraîne une période de récupération plus longue. Ce sont quelques-unes des raisons pour lesquelles l’hydroélectricité pompée n’a pas été construite récemment, malgré les demandes de permis et de licences préliminaires de la Federal Energy Regulatory Commission.

Capacité électrochimique

Les batteries électrochimiques, telles que celles utilisées dans les ordinateurs et les téléphones portables, sont monnaie courante. Lorsque l’alimentation est fournie à une batterie, un processus chimique a lieu et l’énergie est stockée. Ce processus chimique est inversé lorsqu’une batterie est déchargée, créant une tension entre deux contacts électriques et forçant le courant à s’écouler loin de la batterie. Le lithium-ion est le type de chimie le plus courant pour les cellules de batterie, mais les batteries au plomb-acide, au sodium et au nickel sont également courantes.

Stockage d’énergie thermoélectrique

Le stockage d’énergie thermique fait référence à un groupe de technologies dans lesquelles un fluide, tel que l’eau, le sel fondu ou une autre substance, est utilisé pour stocker la chaleur. Ce matériau de stockage thermique est ensuite conservé dans un réservoir isolé jusqu’à ce qu’il soit nécessaire pour produire de l’énergie. L’énergie peut être utilisée immédiatement pour le chauffage et le refroidissement ou être utilisée pour créer de l’énergie. Dans les systèmes de stockage d’énergie thermique conçus pour produire de l’électricité, la chaleur est utilisée pour faire bouillir l’eau. En utilisant le même équipement que les centrales électriques traditionnelles, la vapeur générée alimente une turbine pour produire de l’électricité. Le stockage d’énergie thermique est avantageux pour les systèmes CSP qui concentrent la lumière du soleil sur un récepteur pour chauffer un fluide de travail. En tant que fluide de travail qui pourrait tirer parti de températures plus élevées et réduire la taille des centrales électriques, le dioxyde de carbone supercritique est à l’étude.

Espace de rangement du volant d’inertie

Un volant d’inertie est une grande roue reliée à un arbre qui tourne. Dépenser de l’énergie peut accélérer la rotation de la roue. Cette énergie peut être collectée en connectant la roue à un générateur électrique qui utilise la force électromagnétique pour ralentir la roue et générer de l’électricité. Bien que les volants d’inertie puissent fournir de l’énergie rapidement, ils ne peuvent pas stocker beaucoup d’énergie.

Stockage par compression d’air

Les grands conteneurs, tels que les réservoirs, ou les structures naturelles, telles que les cavernes, constituent des systèmes de stockage d’air comprimé. Un système de compresseur force l’air comprimé dans les conteneurs. L’air expulsé peut ensuite être utilisé pour entraîner une turbine qui génère de l’énergie. Les systèmes existants qui stockent l’énergie dans l’air comprimé utilisent souvent l’air libéré dans le cadre d’un cycle d’alimentation au gaz naturel pour produire de l’électricité.

Combustibles solaires

L’énergie solaire peut être utilisée pour construire de nouveaux combustibles qui peuvent être brûlés ou consommés comme source d’énergie, stockant ainsi l’énergie solaire dans des liaisons chimiques. L’hydrogène, créé en le séparant de l’oxygène dans l’eau, et le méthane, formé en mélangeant de l’hydrogène et du dioxyde de carbone, font partie des carburants potentiels à l’étude. Le méthane est le principal composant du gaz naturel, qui est généralement utilisé pour produire de l’électricité ou chauffer les maisons.

Stockage virtuel

De plus, l’énergie peut être économisée en modifiant la façon dont nous utilisons les gadgets existants. En chauffant ou en refroidissant un bâtiment avant un pic prévu de la demande électrique, par exemple, le bâtiment peut « stocker » de l’énergie thermique afin qu’il n’ait pas besoin d’utiliser de l’énergie plus tard dans la journée. La structure agit comme un thermos en retenant de l’air froid ou chaud. La demande de chauffe-eau peut être répartie uniformément tout au long de la journée de la même manière.