Batterie électrochimique : Dispositif qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique.
Anode, cathode, électrolyte, séparateur
Électrons circulent du pôle négatif au pôle positif
Oxydation à l'anode, réduction à la cathode
Application d'une tension pour inverser les réactions
Autodécharge, cycles limités, température
Une batterie électrochimique stocke l'énergie sous forme chimique et la convertit en énergie électrique par des réactions d'oxydo-réduction.
• Réactions électrochimiques : Oxydation/anode, réduction/cathode
• Énergie : E = n × F × ΔE
• Structure : Anode, cathode, électrolyte
Rendement de stockage : Ratio entre l'énergie restituée et l'énergie stockée.
E_rest = énergie restituée, E_stock = énergie stockée
η = (énergie restituée / énergie stockée) × 100
Batterie stocke 100 Wh, restitue 85 Wh
η = (85 / 100) × 100 = 85%
Lithium-ion : 85-95%, Plomb-acide : 70-85%
Température, vitesse de charge/décharge, cycles
Le rendement de stockage est le ratio entre l'énergie restituée et l'énergie stockée, variant de 70% à 95% selon le type de batterie.
• Rendement : η = E_rest / E_stock × 100
• Lithium-ion : 85-95% de rendement
• Plomb-acide : 70-85% de rendement
Supercondensateur : Stockage d'énergie par accumulation de charges électriques.
Électrodes en carbone poreux, électrolyte, séparateur
Adsorption d'ions à la surface des électrodes
Grande puissance, faible énergie, longue durée de vie
Regroupement énergétique, démarrage, freinage récupératif
Rapidité de charge/décharge, cycles illimités
Les supercondensateurs stockent l'énergie par adsorption d'ions, offrant une grande puissance mais une faible densité énergétique.
• Énergie : E = ½CV²
• Mécanisme : Adsorption d'ions
• Caractéristiques : Grande puissance, faible énergie
Stockage thermique : Accumulation d'énergie sous forme de chaleur.
Eau, pierre, sels fondus, matériaux à changement de phase
c_p détermine la quantité de chaleur pour élever la température
Stockage d'énergie par fusion/solidification
Chauffage, ECS, centrales solaires thermiques
Isolation nécessaire pour minimiser les déperditions
Le stockage thermique accumule l'énergie sous forme de chaleur dans des matériaux avec des propriétés thermiques adaptées.
• Chaleur : Q = m × c_p × ΔT
• Matériaux : Eau, sels fondus, PCM
• Applications : Chauffage, centrales thermiques
Pompage-turbinage : Stockage d'énergie par élévation d'eau à une altitude supérieure.
Pompage de l'eau en période de surplus, turbine en période de pointe
E = m × g × h, dépend de la masse et de la hauteur
Deux bassins à différentes altitudes
Global 70-80%, pompes 80-85%, turbines 85-90%
Topographie, environnement, investissement initial
Le pompage-turbinage stocke l'énergie en élevant de l'eau, la restituant par gravité via une turbine.
• Énergie potentielle : E = m × g × h
• Rendement global : 70-80%
• Principe : Pompage en surplus, turbinage en pointe
Compression d'air : Stockage d'énergie par compression de l'air dans des cavités souterraines.
Compression de l'air en période de surplus, détente pour produire de l'électricité
Selon salins, mines abandonnées, aquifères
Compression adiabatique, stockage isotherme, détente
CAES traditionnel : 40-50%, CAES avancé : 60-70%
Stockage à grande échelle, durées longues
Le stockage par compression d'air compresse l'air dans des cavités souterraines, le restituant par expansion dans une turbine.
• Compression : W = nRT ln(V_f/V_i)
• Rendement CAES : 40-70%
• Stockage : Cavités souterraines
Associations : Connexion de plusieurs éléments de stockage pour obtenir des tensions/courants désirés.
Tensions s'additionnent, courant constant
Courants s'additionnent, tension constante
Série pour augmenter la tension, parallèle pour augmenter la capacité
Décharge inégale, protection nécessaire
4 batteries 12V/100Ah : en série = 48V/100Ah, en parallèle = 12V/400Ah
Les associations série et parallèle permettent d'ajuster la tension et la capacité totales, avec des implications pour la gestion.
• Série : U_total = ΣUi, I_total = I_unique
• Parallèle : I_total = ΣIi, U_total = U_unique
• Gestion : Protection contre déséquilibre
Cycles : Nombre de charge/décharge possibles avant dégradation significative.
Profondeur affecte la durée de vie (DoD)
Lithium-ion : 2000-5000 cycles, Plomb-acide : 300-500 cycles
Température, vitesse de charge, profondeur de décharge
BMS pour optimiser la durée de vie
Charge partielle, température contrôlée, cycles limités
La durée de vie d'un système de stockage dépend du nombre de cycles et de la profondeur de décharge, avec des stratégies de gestion.
• Lithium-ion : 2000-5000 cycles
• Plomb-acide : 300-500 cycles
• Profondeur de décharge : Affecte la durée de vie
Intégration PV-stockage : Couplage de panneaux photovoltaïques avec des systèmes de stockage.
Production photovoltaïque dépendante des conditions météo
Compensation entre production et consommation
Conversion DC (PV) → AC (réseau ou usage)
Autoconsommation, injection réseau, arbitrage énergétique
Augmentation de l'autoconsommation, réduction des coûts
Les systèmes de stockage complètent les installations photovoltaïques en compensant la variabilité de la production avec la consommation.
• Stockage : Compensateur de la variabilité de production
• Onduleurs : Conversion DC → AC
• Stratégies : Autoconsommation, injection, arbitrage
Autonomie : Temps pendant lequel un système peut fonctionner sans recharge.
E_disponible (énergie stockée), P_consommation (puissance demandée)
Tenir compte du SoC (State of Charge) et du rendement
Profils de consommation, pointes, moyennes
Batterie 10kWh, consommation 2kW
t = 10 / 2 = 5h (théorique)
Température, profondeur de décharge, rendement
L'autonomie est le rapport entre l'énergie disponible et la puissance de consommation, tenant compte des rendements et des conditions.
• Formule : t_autonomie = E_disponible / P_consommation
• SoC : State of Charge (état de charge)
• Facteurs : Température, rendement, profondeur de décharge
