Évaluation des solutions de stockage d’énergie renouvelable actuelles, et ameliorations pour l’avenir 

Au cours des deux dernières décennies, les technologies de production d’énergie renouvelable ont considérablement évolué, transformant fondamentalement le paysage énergétique mondial. Les éoliennes, les panneaux solaires et d’autres systèmes d’énergie renouvelable sont devenus de plus en plus efficaces et rentables, conduisant à une adoption généralisée et à une augmentation significative de la capacité en énergie renouvelable dans le monde entier. Cependant, à mesure que les sources d‘énergie renouvelable ont commencé à jouer un rôle plus important dans la production d’énergie, l’absence de solutions de stockage adaptées pour exploiter efficacement leurs schémas de production intermittents est devenue un défi central.

Le décalage entre les périodes de production et de consommation d’énergie a mis en évidence un besoin pour des systèmes de stockage d’énergie adaptés. Ces dernières années, avec l’utilisation généralisée des batteries lithium-ion et la naissance d’approches innovantes telles que le stockage d’énergie thermique et le pompage-turbinage, l’écart entre les schémas de production et de consommation se réduit lentement, ouvrant la voie à un avenir énergétique plus résilient et durable. Heureusement, ce secteur a également évolué, avec des technologies de stockage innovantes répondant à ces défis. L’objectif de cet article est d’évaluer les solutions actuelles de stockage d’énergie renouvelable et d’identifier les axes où des améliorations sont nécessaires pour tirer pleinement parti du potentiel des sources d’énergie renouvelable.

L’évolution des solutions de stockage d’énergie pour les énergies renouvelables 

Les systèmes de stockage d’énergie ont connu des avancées substantielles depuis le début des années 2010, lorsque le déploiement croissant des sources d’énergie renouvelable telles que l’éolien et le solaire a commencé à dépasser les méthodes de stockage traditionnelles. Au départ, le réseau énergétique reposait principalement sur le stockage par pompage-turbinage, une technologie bien établie qui, bien qu’efficace pour le stockage à grande échelle, était limitée par des contraintes géographiques et infrastructurelles.

Vers 2010, les batteries lithium-ion ont émergé comme un facteur décisif dans le stockage d’énergie, portées par les avancées dans l’électronique grand public et les véhicules électriques. Ces batteries, connues pour leur haute densité énergétique et leur efficacité, ont commencé à être adaptées pour le stockage à l’échelle du réseau, offrant une solution plus flexible et largement applicable. Au milieu des années 2010, le coût des batteries lithium-ion avait considérablement chuté, ce qui a conduit à leur adoption rapide pour stocker l’excès d’énergie renouvelable et lisser l’intermittence du solaire et de l’éolien. Cette période a également vu le développement d’autres technologies de stockage innovantes, telles que les batteries à flux redox et les systèmes de stockage thermique, qui ont offert de nouvelles façons de stocker l’énergie sur de plus longues durées et en plus grandes quantités.

Bien que l’adoption généralisée des batteries lithium-ion ait grandement amélioré la compatibilité du stockage d’énergie avec la production d’énergie renouvelable, elle a également introduit de nouveaux défis environnementaux et sociaux. L’augmentation de la demande pour les batteries lithium-ion suscite jusqu’ à aujourd’ hui des inquiétudes quant à l’impact environnemental de leur production, y compris l’extraction des matières premières telles que le lithium, le cobalt et le nickel. L’extraction et le traitement de ces matériaux peuvent entraîner une dégradation environnementale significative, notamment la destruction des habitats, la pollution de l’eau et des émissions de carbone élevées. Au-delà des questions environnementales, l’expansion rapide de la production de batteries lithium-ion a également entraîné de graves conséquences sociales. Bon nombre des matières premières nécessaires à ces batteries proviennent de régions où la réglementation est faible, ce qui conduit à des pratiques de travail exploitantes, y compris le travail des enfants, notamment dans les mines de cobalt. Les activités minières se déroulent souvent dans des conditions dangereuses, les travailleurs étant exposés à des substances dangereuses sans protection adéquate. En outre, l’afflux d’opérations minières a entraîné des déplacements sociaux et des conflits sur les terres et les ressources, exacerbant les inégalités et la pauvreté dans les communautés touchées. Aborder ces impacts sociaux est essentiel pour garantir que la transition vers les énergies renouvelables et le stockage des batteries ne se fasse pas au détriment des droits de l’homme. 

Le stockage d’énergie thermique à base de sel, en particulier en utilisant du sel fondu, a commencé à attirer l’attention dans les années 1980, en particulier dans les centrales solaires à concentration (CSP). Une avancée significative s’est produite lors du projet Solar Two aux États-Unis dans les années 1990, qui a démontré l’efficacité du sel fondu pour stocker l’énergie thermique, consolidant la technologie comme un candidat de premier plan pour le stockage d’énergie renouvelable.

Cette méthode consiste à chauffer un mélange de nitrates de sodium et de potassium à des températures dépassant 500°C. L’énergie stockée est conservée dans un réservoir chaud et peut être utilisée pour générer de l’électricité même lorsque l’apport solaire n’est pas disponible, comme pendant la nuit ou les conditions nuageuses.

Les systèmes de stockage à base de sel fondu offrent plusieurs avantages, notamment une haute densité énergétique, la capacité de stocker l’énergie pendant de longues périodes et une rentabilité à long terme. Ces attributs les rendent particulièrement adaptés aux applications à grande échelle où une alimentation électrique fiable et continue est essentielle. La technologie a été largement adoptée dans les centrales CSP dans les régions à fort ensoleillement, telles que le Moyen-Orient, l’Espagne et le sud-ouest des États-Unis. 

À mesure que la technologie CSP continue d’évoluer, le rôle du stockage de sel fondu devrait croître, avec des recherches en cours visant à améliorer l’efficacité, à réduire les coûts et à explorer de nouvelles applications au-delà de l’énergie solaire. Des innovations telles que les matériaux avancés et les systèmes thermoclines à réservoir unique pourraient encore améliorer les performances et la scalabilité du stockage de sel fondu, consolidant ainsi son rôle dans la transition mondiale vers les énergies renouvelables. 

Prochaines étapes

Parmi les technologies de stockage d’énergie émergentes plus récentes, les batteries à état solide, le stockage d’hydrogène et le stockage d’énergie par gravité sont particulièrement prometteurs, mais ne sont pas encore pleinement développés pour une utilisation à grande échelle. Les batteries à état solide, bien qu’offrant une densité énergétique et une sécurité supérieures par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles, posent encore des défis en matière de scalabilité et de coût de fabrication. Le stockage d’hydrogène, qui consiste à produire de l’hydrogène par électrolyse et à le reconvertir en électricité à l’aide de piles à combustible, a un grand potentiel pour le stockage à long terme et les applications lourdes, mais nécessite des avancées significatives en matière d’infrastructures et de réduction des coûts pour devenir commercialement viable, ce qui est le cas pour la majorité des solutions présentées ici. Le stockage d’énergie par gravité, tel que Gravitricity, est un concept innovant qui utilise l’excès d’énergie pour soulever des poids lourds, puis génère de l’électricité en les abaissant, mais il est encore à un stade expérimental, avec des installations limitées et un besoin de raffinement technologique supplémentaire.

Si nous voulons faire de l’énergie renouvelable la principale source d’énergie mondiale, plusieurs étapes doivent être entreprises. Cela comprendrait l’augmentation des infrastructures d’énergie renouvelable, telles que le solaire, l’éolien et l’hydroélectricité, pour accroître la capacité et assurer un déploiement généralisé. Poursuivre le développement des technologies de stockage d’énergie est essentiel pour optimiser la gestion de l’intermittence des sources renouvelables. La modernisation du réseau électrique pour accueillir et distribuer efficacement l’énergie renouvelable est également cruciale, tout comme la mise en œuvre de politiques et d’incitations de soutien pour stimuler l’investissement et l’innovation. Cela nécessitera probablement la mise en place de réseaux intelligents à grande échelle, capables de surveiller les tendances de consommation d’énergie et d’allouer les ressources en temps réel. La collaboration entre les secteurs public et privé, ainsi que les efforts pour améliorer l’efficacité énergétique et sensibiliser le public, soutiendront davantage cette transition. En intégrant ces stratégies, nous pouvons établir un avenir énergétique durable qui réduise la dépendance aux combustibles fossiles, abaisse les émissions de carbone et réponde efficacement au changement climatique.

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