Comment stocker les énergies renouvelables, Voici quelques-unes des méthodes les meilleures et les plus prometteuses pour stocker les énergies renouvelables.
Le stockage des énergies renouvelables est important pour aider l’humanité à réduire sa dépendance aux combustibles fossiles tels que le pétrole et le charbon, qui produisent du dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre qui causent le changement climatique.
Exploiter la puissance du soleil avec des panneaux solaires et utiliser l’énergie éolienne avec des éoliennes sont deux moyens courants de générer de l’énergie renouvelable. Mais le soleil ne brille pas toujours et le vent ne souffle pas toujours lorsque nous voulons de l’électricité, et parfois ils produisent un surplus d’énergie lorsque la demande est faible.
Pour réduire l’impact de la production d’énergie incohérente à partir de sources renouvelables, les scientifiques et les ingénieurs développent des moyens de stocker l’énergie excédentaire pour l’utiliser en cas de besoin. Il existe de nombreuses façons différentes de stocker l’énergie, et de nouvelles techniques de stockage sont développées et perfectionnées en permanence. Voici quelques-unes des méthodes les meilleures et les plus prometteuses pour stocker les énergies renouvelables.
1. Piles
Une pile AA utilisée dans une variété d’appareils tels que des torches. (Crédit image : Shutterstock) (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Les batteries sont probablement la méthode la plus connue pour stocker l’énergie. Les humains utilisent des batteries dans toutes sortes d’appareils électriques, des smartphones aux voitures. Les batteries les plus populaires sont les batteries lithium-ion, qui sont utilisées dans les petits appareils et représentent également plus de 90 % du stockage des batteries sur le réseau électrique mondial, selon l’Environmental and Energy Study Institute (ouvre dans un nouvel onglet) à Washington, DC, une organisation à but non lucratif qui promeut l’énergie durable.
L’extrémité négative d’une batterie est connectée à une électrode appelée anode et l’extrémité positive est connectée à une autre électrode appelée cathode. L’électrolyte, une substance liquide d’ions chargés électriquement à l’intérieur de la batterie, se combine avec le matériau des électrodes pour produire une réaction chimique qui génère un courant électrique. Dans les batteries lithium-ion, l’anode et la cathode stockent le lithium, selon le Département américain de l’énergie (ouvre dans un nouvel onglet). L’électrolyte transporte des ions lithium chargés positivement de l’anode à la cathode pour alimenter quelque chose et vice versa lorsque la batterie est chargée, ce qui peut être fait en utilisant une énergie renouvelable.
Les batteries lithium-ion présentent certains inconvénients. Par exemple, ils deviennent moins efficaces et plus susceptibles de tomber en panne avec le temps, selon le Clean Energy Institute (ouvre dans un nouvel onglet) de l’Université de Washington. Ils sont également coûteux à produire à grande échelle et l’extraction des matières premières nécessaires à leur fabrication a un impact environnemental négatif. Comme la plupart des autres méthodes de stockage d’énergie, les batteries ne conservent pas toute l’énergie qui y est mise ; ils ont une efficacité de 85% à 95%, selon un rapport 2020 du Conseil mondial de l’énergie (ouvre dans un nouvel onglet), un réseau de leaders de l’énergie promouvant l’énergie durable.
Le diagramme montre comment fonctionnent les piles. (Crédit image : par Karl Tate, infographiste) (s’ouvre dans un nouvel onglet)
2. Stockage d’énergie hydraulique pompée
Une centrale de stockage d’énergie hydraulique pompée en Espagne. (Crédit image : Burakyalcin/Shutterstock.com) (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Le stockage de l’énergie hydroélectrique par pompage, ou hydroélectricité à accumulation par pompage, utilise deux réservoirs d’eau pour stocker l’électricité. L’énergie excédentaire est utilisée pour pomper l’eau d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur. Ensuite, lorsque l’électricité est nécessaire, l’eau du réservoir supérieur est libérée pour redescendre vers le réservoir inférieur via des turbines qui génèrent de l’électricité, selon une étude de 2021 sur le stockage de l’énergie hydroélectrique par pompage publiée dans la revue Progress in Energy (ouvre dans un nouveau languette). Toute l’énergie utilisée pour pomper l’eau n’est pas récupérée lorsqu’elle est libérée; le stockage de l’énergie hydroélectrique a une efficacité d’environ 75% à 85%, selon le rapport 2020 du Conseil mondial de l’énergie.
La plus grande installation de stockage hydroélectrique par pompage au monde se trouve en Virginie et alimente environ 750 000 foyers, selon l’Environmental and Energy Study Institute. Les systèmes de stockage d’énergie hydroélectrique pompée sont généralement construits dans ou à proximité des rivières parallèlement à la production d’énergie hydroélectrique. Cependant, ils peuvent également être utilisés avec de l’eau de mer provenant des océans. Un système de stockage d’énergie hydroélectrique pompé sur l’île d’Okinawa, au Japon, extrait l’eau de mer de l’océan et remonte une colline à travers un pipeline. Le système libère ensuite l’eau à travers le tuyau pour alimenter les turbines et produire de l’électricité, selon l’Université de Strathclyde (ouvre dans un nouvel onglet) en Écosse.
3. Stockage d’électricité thermique pompé
Un champ de panneaux solaires à côté d’une éolienne au coucher du soleil. Ces sources d’énergie renouvelables pourraient être stockées à l’aide d’électricité thermique pompée. (Crédit image : Peter Cade/Getty Images) (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Le stockage d’électricité thermique par pompage consiste à utiliser l’électricité produite à partir de sources renouvelables pour chauffer du gravier ou un autre matériau retenant la chaleur à l’intérieur d’un réservoir isolé. Cette chaleur peut ensuite être utilisée pour produire de l’électricité en cas de besoin, selon un article de 2020 dans The Conversation (ouvre dans un nouvel onglet) par Antoine Koen, doctorant en stockage d’énergie thermique pompée, et Pau Farres Antunez, chercheur en stockage d’énergie, tous deux à l’Université de Cambridge en Angleterre.
La méthode utilise des matériaux facilement accessibles tels que le gravier, de sorte qu’elle peut être installée presque n’importe où. Selon un article de 2017 publié dans la revue Renewable and Sustainable Energy Reviews (ouvre dans un nouvel onglet), le stockage d’électricité thermique par pompage a une plage d’efficacité attendue comprise entre 50 % et 70 %. Cette technologie est encore en cours de développement. La première installation de stockage d’électricité thermique pompée de démonstration à l’Université de Newcastle en Angleterre a démontré une efficacité de 65 % en 2019, selon une étude de 2020 publiée dans la revue Frontiers in Energy Research (ouvre dans un nouvel onglet).
4. Stockage d’énergie par gravité
Une société britannique appelée Gravitricity développe une technologie pour tirer pleinement parti de la gravité. La méthode utilise l’électricité pour soulever des poids sur un treuil, qui sont ensuite libérés pour faire tourner un générateur d’électricité, récupérant la majeure partie de l’énergie utilisée pour les soulever. Cet équipement pourrait être construit dans des puits de mine désaffectés pour laisser tomber environ 13 200 tonnes (12 000 tonnes métriques) dans un puits de plus de 2 620 pieds (800 mètres) de profondeur, a rapporté The Guardian (ouvre dans un nouvel onglet) en 2019. La technologie a une efficacité prévue de 80 % à 90 %, selon le site Web de Gravitricity (ouvre un nouvel onglet). Un autre système basé sur la gravité utilise un excès de puissance pour tirer les trains sur une pente avant de les laisser redescendre pour libérer l’énergie stockée, a précédemment rapporté Live Science. Une société appelée Advanced Rail Energy Storage (ARES) développe l’un de ces systèmes au Nevada, selon le site Web ARES (ouvre dans un nouvel onglet).
5. Stockage d’énergie à air comprimé
Illustration conceptuelle du stockage de l’énergie de l’air comprimé et de l’hydrogène. (Crédit image : Bsd555 via Getty Images)
Les systèmes de stockage d’énergie à air comprimé pompent de l’air dans une chambre souterraine pour augmenter la pression, qui peut être libérée à la demande pour alimenter des turbines à gaz, a précédemment rapporté Live Science. Plus d’énergie est produite si l’usine brûle du gaz naturel dans l’air à haute pression, mais cela produit des émissions de dioxyde de carbone. Ce système peut avoir une efficacité comprise entre 70% et 89%, selon le rapport 2020 du Conseil mondial de l’énergie. Il existe au moins deux installations de stockage d’énergie à air comprimé opérationnelles. La première installation a été établie à Huntorf, en Allemagne, en 1978, et une deuxième installation en Alabama est opérationnelle depuis 1991, selon une étude de 2021 dans la revue Renewable and Sustainable Energy Reviews (ouvre dans un nouvel onglet).
6. Stockage d’hydrogène
L’hydrogène est utilisé comme une forme de stockage d’énergie chimique. L’électricité est convertie en hydrogène par un processus appelé électrolyse, qui décompose l’eau en ses éléments hydrogène et oxygène, selon le Département américain de l’énergie (ouvre dans un nouvel onglet). L’hydrogène peut ensuite être stocké et utilisé comme carburant pour produire de l’électricité. L’hydrogène peut également être utilisé pour propulser des véhicules à hydrogène afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre provenant des transports.
L’utilisation de l’hydrogène pour stocker l’énergie a une efficacité de 35% à 55%, selon le rapport 2020 du Conseil mondial de l’énergie. Les piles à combustible à hydrogène sont coûteuses, car elles nécessitent des métaux coûteux tels que le platine. Cependant, ils sont utilisés pour alimenter et sauvegarder des installations critiques telles que les relais de télécommunications et le traitement des cartes de crédit, selon l’Environmental and Energy Study Institute.
Ressources additionnelles
Pour en savoir plus sur la façon dont nous pouvons utiliser les énergies renouvelables pour alimenter le monde, regardez cette courte vidéo YouTube de TED-Ed (s’ouvre dans un nouvel onglet). Vous pouvez découvrir comment économiser de l’argent en économisant de l’énergie et du carburant sur le site Web du Département américain de l’énergie (ouvre dans un nouvel onglet). En savoir plus sur les avantages des énergies renouvelables auprès de l’Union of Concerned Scientists (ouvre dans un nouvel onglet), une organisation à but non lucratif de défense de la science.
Bibliographie
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