Chapitre 2 : les atouts de l’électricité - Free

Chapitre 2 : les atouts de l’électricité

Activité 2 : Comment stocker l’énergie électrique ?

Objectifs : Comparer différents dispositifs de stockage d’énergie selon différents critères (masses mises en jeu, capacité et

durée de stockage, impact écologique).

Contrairement au gaz, au charbon ou au pétrole, l’électricité ne se stocke pas. Dans une société de plus en plus tournée vers les énergies renouvelables dont la production est intermittente, l’énergie électrique doit être convertie sous une forme stockable.

➜ Quelles sont les méthodes utilisées pour stocker l’énergie ?

Doc1 : Principe de fonctionnement d’une STEP ou stockage par énergie potentielle de pesanteur e barrage de rand aison en sère a été mis en service en . a centrale liée ce barrage est une , une tation de ransfert d’ nergie par ompage. lle permet de remonter l’eau dans le barrage lorsque la produc on est supérieure la consomma on. orsque la demande d’électricité est importante, la centrale fonctionne comme une centrale hydroélectrique normale.

Source : connaissancedesenergies.org Une permet de convertir l’énergie électrique en énergie potentielle de position : un surplus d’électricité sur le réseau sert pomper l’eau d’un bassin inférieur vers un bassin supérieur (phase de pompage). n fonction de la demande, l’énergie électrique est obtenue en relâchant l’eau travers la turbine (phase de turbinage). l s’agit de la solution la plus répandue pour convertir l’énergie électrique lors de la surproduction. n France, il existe six grandes STEP. Elles disposent d’une durée de vie supérieure 40 ans. eur rendement est élevé, autour de 80%, sur un cycle pompage-turbinage ; cela signifie que pour obtenir 1 Wh lors de la phase de turbinage, une a préalablement utilisé près de ,25 Wh pour pomper l’eau. Leur densité énergétique est relativement faible : 000 kg d’eau ( m

3) à une altitude de 100 m possède une énergie

potentielle de position de 272 Wh. es doivent donc utiliser de très importants volumes d’eau pour produire une quantité significative d’électricité.

Données : a densité énergétique d’un système de stockage est égale au rapport de la quantité d’énergie par la masse de matière nécessaire pour stocker cette énergie :

lle s’exprime en J.kg-1

ou en Wh.kg-1

, (1Wh = 3600 J)



Doc 2 : Stockage à l’aide d’un accumulateur ’appella on ba eries de la vie courante correspond en réalité des accumulateurs. Un accumulateur fonctionne de la même manière qu’une pile électrochimique lors de sa décharge. ais sous l’action d’un courant électrique, la transformation chimique s’inverse. es produits formés lors de la décharge reforment alors les réac fs de départ. ’accumulateur est de nouveau chargé. Aujourd’hui, les accumulateurs lithium-ion sont les plus utilisés. ’extraction du lithium est cependant source de pollution.

’île de Kauai (Hawaï) dispose d’une centrale photovoltaïque reliée une ferme de batteries capable de stocker une énergie de 52 Wh. ’inconvénient majeur des batteries est leur vieillissement : des transformations chimiques entre les électrodes et l’électrolyte se traduisent par des pertes de densités énergétiques.

Chiffres pour les batteries de l’île de Kauai :

Durée de charge/décharge

Densité énergétique rendement Durée de vie Pertes par auto-

décharge

Jusqu’ plusieurs heures

Entre 90 et 180Wh/kg

70 à 80% Entre 400 et 2000 cycles de charges

Baisse de 5% de densité énergétique/mois

nstallé sur le toit de l’école d’un hameau isolé de la réunion, le micro-réseau solaire expérimental de Mafate fournit en courant trois bâtiments publics même quand le soleil ne brille pas. e surplus d’électricité produit par les panneaux solaires est stocké dans des batteries pour quelques jours et converti en hydrogène pour un stockage de longue durée. a puissance d’une pile H2 utilisée est de l’ordre de 20 kW.



Doc3 Stockage à l’aide d’un supercondensateur Dans un condensateur (deux électrodes séparées par un isolant), l’application d’une tension permet l’accumulation de

charges, positives d’un côté, négatives de l’autre. Pour un supercondensateur (SC), le principe est le même. ors de la

charge du super-condensateur, les ions sont adsorbés la surface des électrodes. Lors de la décharge, ils s’en

éloignent. Ils peuvent accumuler beaucoup plus de charges qu’un condensateur, grâce à la surface plus grande du

carbone poreux et aux ions présents dans l’électrolyte. Le principal avantage des supercondensateurs est leur

puissance de charge et de décharge, ne ement supérieure celle des ba eries, mais ils peuvent stocker une plus

faible quan té d’énergie. Cette propriété est notamment intéressante dans des véhicules tels que les bus de ville qui

s’arrêtent et redémarrent souvent. On utilise également par exemple les SC dans les grues de lavages des ports :

l’énergie accumulée lors de la descente est rapidement restituée par le SC pour la remontée de la grue. Si la puissance

est supérieure dans un C, l’énergie accumulable est moins importante que dans une batterie i-ion (100 à 150 Wh.kg-

1, contre 5 Wh.kg-1 pour les SC). Une batterie peut subir en moyenne 5 000 cycles de charges contre 1 x 106 pour un

SC.

Durée de charge/décharge

Densité énergétique rendement Durée de vie Pertes par auto-

décharge

Quelques secondes Entre 0,5 et 10 Wh/kg

Supérieur à 80% 1 millions de cycles de charges

Baisse de 50% de densité énergétique/mois



Questions : 1. Représenter le diagramme énergétique d’une en phase de turbinage, puis en phase de pompage.

2. Vérifier que le rendement d’une lors du cycle pompage-turbinage est 80%.

3. Calculer la densité énergétique de la STEP.

4. A masse égale, quel dispositif permet de stocker la maximum d’énergie ?

5. Déterminer la durée maximale d’utilisation de la ferme de batteries de l’île de Kauai lorsqu’elle délivre une

puissance moyenne de 5 MW.

6. ndiquer dans le cours la forme d’énergie stockée dans chacun des trois dispositifs.

7. Compléter le tableau présentant les avantages et les inconvénients de ces trois dispositifs dans le cours.

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