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Les recherches du CEA sur...

Le stockage stationnaire de l’énergie

Publié le 18 octobre 2012

Condition essentielle au développement des énergies renouvelables, les technologies de stockage de l’énergie font l’objet d’études importantes au CEA. Au sein de son Laboratoire d’innovation pour les technologies nouvelles et les nanomatériaux (Liten), les chercheurs se mobilisent prioritairement sur le stockage électrochimique (batteries), le stockage thermique et le stockage sous forme d’hydrogène.​

Le stockage électrochimique

Les recherches du CEA portent sur le développement de batteries de moyenne puissance en soutien à l’intégration des énergies renouvelables et dédiées à la stabilisation du réseau. Elles sont particulièrement adaptées à l’équipement de sites isolés.

Les axes d’innovation visés portent sur :

  • le rendement des couples électrochimiques,
  • la réduction des coûts,
  • l’allongement de la durée de vie,
  • la sécurité des systèmes,
  • l’intégration des ENR (en particulier le photovoltaïque),
  • la valorisation de l’autoconsommation.


Des systèmes de gestion
pour optimiser le fonctionnement
des batteries

Le CEA-Liten développe des technologies sur plusieurs « couples » électrochimiques (ex : Li-ion, Pb-H2SO4, Pb-AMS…) et travaille ensuite à leur exploitation dans les meilleures conditions de fonctionnement en développant les indicateurs de gestion.

La plate-forme STORE permet de caractériser les performances et le vieillissement de différentes technologies. Le CEA-Liten développe notamment des systèmes de gestion intégrant des algorithmes optimisant les cycles de charge/décharge et des indicateurs d’état de charge, d’énergie et d’état de santé des batteries.
La mise en place de ces systèmes de gestion vise non seulement à assurer une plus longue durée de vie des batteries mais aussi une meilleure sécurité en évitant, par exemple, l’emballement des réactions chimiques.


Une technologie prometteuse :
les batteries Plomb-Acide Méthane sulfonique

L’accumulateur au plomb-acide méthane sulfonique à circulation d’électrolyte (batterie redox-flow) est une nouvelle alternative à la batterie au plomb-acide sulfurique, pour toutes les applications de stockage massif comme les installations photovoltaïques et de support au réseau.

Parmi les avantages de cette technologie :

  • Un compartiment de réaction unique (un seul réservoir, un seul système de pompage, pas de membrane)
  • Des électrodes de grande surface actives avec un seul pôle
  • Un coût réduit (un seul électrolyte et un couple électrochimique basé sur le plomb et l’acide méthane sulfonique).



Le stockage thermique

Les recherches du CEA-Liten portent sur :

  • Les matériaux utilisés pour le stockage thermique (détermination de leurs propriétés physiques, compatibilité avec les fluides caloporteurs, tenue dans le temps, etc.)
  • Les phénomènes de transfert de chaleur dont la qualité détermine les capacités de stockage ou le temps de réponse du système.


Projet de démonstrateur
de stockage par pompage thermique

Au travers du projet SETHER, le CEA a étudié un système de stockage d’électricité par pompage thermique (SEPT) dont le principe repose sur un cycle thermodynamique qui consiste à stocker dans deux enceintes de l’électricité transformée en chaleur.

Le projet SETHER, qui a duré trois ans, a permis de réaliser la modélisation détaillée de l’ensemble de ce système de stockage, d’avancer sur la définition des matériaux, entre réfractaires hautes performances et matériaux naturels, et des turbomachines adaptées. Enfin, des études technico-économiques de conception industrielle et de valorisation du système ont été effectuées.
Un projet de démonstration à une échelle semi-industrielle (1MW) a été déposé dans le cadre de l’Appel à Manifestation d’Intérêt Stockage de l’ADEME.

Cette technologie pourrait être particulièrement adaptée au stockage de grande capacité connecté au réseau, avec une densité de stockage élevée, un très bon rendement, aucune contrainte géographique et un coût de stockage limité.


Programme SEARCH
pour le stockage à air comprimé
associé au stockage thermique

Le projet ANR SEARCH, mené en partenariat avec GDF Suez, Saint Gobain et les Mines de Paris, se déroule sur 4 ans (2009 à 2013) et propose d’associer un système de stockage de chaleur sensible aux stockages par air comprimé classique (CAES). L’air, comprimé et chaud, traverse des accumulateurs dans lesquels la chaleur va être stockée. L’air est ensuite transporté et stocké dans des cavernes souterraines. En mode déstockage, l’air froid traverse de nouveau les accumulateurs dans lesquels la chaleur lui est restituée. Il est ensuite directement dirigé vers la turbine pour produire de l’électricité. Ce système de stockage, dit CAES adiabatique, n’émet aucun CO2.

Les équipes du CEA-Liten travaillent notamment à l’étude des matériaux utilisés pour le stockage thermique. Les enceintes de stockage de chaleur sont remplies de briques en céramique au travers desquelles passe l’air chaud dans un sens, et froid dans l’autre sens.



Le stockage par le vecteur hydrogène

L’hydrogène apparaît également comme un outil "tampon" adapté pour pallier l’intermittence de certaines sources d’énergie. Dans cette optique, le CEA développe des technologies de production, de stockage et de conversion de l’hydrogène.

Pour la production d’hydrogène, le CEA mise sur les procédés d’électrolyse de la vapeur d’eau haute température. Pour le stockage, différentes solutions (stockage gazeux sous pression, stockage solide dans des hydrures) sont étudiées selon les applications.


Pour la conversion : deux technologies par pile à combustible sont étudiées :

  • une version basse température par membrane polymère échangeuse de protons
  • une version haute température par membrane céramique.

Différents projets sont suivis actuellement dont la plateforme Myrte, en Corse, qui constitue une première expérimentation « grandeur nature ».


VidéoLa Myrte électrique

Réservoir de stockage d'1kg d'hydrogène de McPhy, implanté sur un banc de tests du Liten
Réservoir de stockage d'1kg d'hydrogène de McPhy, implanté sur un banc de tests du Liten. © P.Avavian/CEA

Batteries stationnaires Redox à l'Institut national de l'énergie solaire
Batteries stationnaires Redox à l'Institut national de l'énergie solaire. © P.Avavian/CEA
















Le projet SETHER

Coordonné par l’opérateur intégré d’électricité et de gaz POWEO, le projet SETHER est basé sur un partenariat public-privé associant la société SAIPEM ainsi que le CEA, le Groupe d’Etude des Matériaux Hétérogène (GEMH) à Limoges, l’Office Nationale d’Etudes et de Recherches Aérospatiales (ONERA), le Conservatoire National des Arts et Métiers (CNAM) de Paris et Armines.


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