A partir de sources disponibles sur le web, cette fiche pratique présente le stockage décentralisé (individuel) de l’énergie chez les particuliers :

1. Introduction - Définitions
2. Solutions
3. Cas pratiques - Installations
4. Tableau de synthèse

Dans l’esprit d’un wiki, cette fiche pratique est destinée être amendée pour tenir compte des réactions les plus pertinentes et en particulier la section « Cas pratiques – Installations » peut utilement renvoyer à des illustrations concrètes.

Introduction - Définitions

« Le stockage de l’énergie est l’action qui consiste à placer une quantité d’énergie en un lieu donné pour permettre son utilisation ultérieure. Par extension, le terme "stockage d’énergie" est souvent employé pour désigner le stockage de matière qui contient cette énergie. (...)

Même pour la "production d’énergie", le stockage est essentiel : en réalité, ce qu’on appelle couramment et économiquement "production d’énergie" n’est pas, physiquement, de la production, mais de la transformation d’un stock d’énergie potentielle (charbon, eau stockée en hauteur, matière fissible ...) en une énergie directement utilisable pour un travail (électricité, travail mécanique).

Le stockage consiste donc à reconstituer un stock d’énergie potentielle à partir d’une énergie immédiatement disponible, mais dont on préférait disposer plus tard, parce qu’on sait que les besoins seront plus importants. Cela est en particulier indispensable quand l’énergie immédiatement disponible est variable dans le temps, comme c’est le cas de toutes les énergies renouvelables (solaire, éolienne, biomasse, ...).

(...) Le stockage est directement lié à l’usage qu’on fait de l’énergie. »

(source : Wikipedia)

Le stockage de l’énergie en vue de son utilisation ultérieure ou de transport s’effectue au moyen d’un vecteur énergétique.

« Un vecteur énergétique (ou vecteur d’énergie) est un véhicule ou une méthode permettant de transmettre de l’énergie d’un endroit à un autre. L’électricité est un vecteur énergétique largement utilisé par les pays industrialisés pour acheminer efficacement l’énergie sous une forme facilement utilisable.

Les formes d’énergie primaires, comme les carburants, ne sont généralement pas considérés comme des vecteurs énergétiques, même lorsqu’elles sont transportables.

Quelques vecteurs énergétiques :
 L’électricité, le plus largement utilisé
 L’hydrogène
 Le faisceau de micro-ondes
 ... »

(source : Wikipedia)

Ne nous préoccupons pas de transport pour du stockage décentralisé et rajoutons des vecteurs pour compléter les points de suspension de Wikipedia :
 la chaleur (source : Académie des Technologies)
 un hydrocarbure ou un alcool issu de la biomasse (ayant été fabriqué, donc, en utilisant le CO2 de l’atmosphère) (source : Association Française de l’Hydrogène)
 l’énergie mécanique

Et retirons le faisceau de micro-ondes de la liste des solutions de stockage.

Solutions

Cette partie présente les solutions de stockage énergétique en fonction des vecteurs énergétiques en commençant par les applications décentralisées (dans les habitations) paraissent actuellement les plus utilisées.

Stockage de l’électricité

 Par voie électrochimique – cas le plus courant
— Les batteries : technologie répandue et souvent critiquée pour ses composants polluants, basée sur le concept de pile par accumulation d’énergie chimique, rendement de 60-75%. Des batteries de grande capacité (18 kWh) à destination des particuliers sont en cours de développement
— Les accumulateurs à circulation : variante des batteries avec électrolyte circulant, rendement proche de 60%.
— La pile à combustible : voir la rubrique « Stockage d’hydrogène »

 Par voie électrostatique :
— Condensateurs, supercondensateurs, hypercondensateurs : des utilisations grand public dans le transport, électrolyte placée entre 2 électrodes conductrices à très grande surface spécifique. Les Américains travaillent sur un nanocondensateur électrostatique, résultant de l’application des nanotechnologies au condensateur.

 Par voie électromagnétique
— Bobines supraconductrices, encore à l’état de recherche

Stockage de chaleur (ou de froid)
 Par voie sensible : solution très bien maîtrisée, comme pour les ballons d’eau chaude, énergie stockée sous la forme d’une élévation de température du matériau de stockage. A noter la reprise des recherches sur le stockage d’énergie dans le sous-sol qui utilise des techniques très voisines de la géothermie pour des applications résidentielles. Egalement à signaler la différence de température des nuits et des jours comme pour des vérins de pour ouvrir et fermer les volets des serres (source : Forum On peut le faire)
 Sous forme latente ; énergie stockée sous la forme d’un changement d’état du matériau de stockage (fusion ou vaporisation). Par exemple la société suédoise Climator, utilise du sel de Glauber dans son produit Climsel à usage domestique par technique de changement de phase (PCM, Phase Change Material)

Stockage de biomasse

En matières organiques : utilisation individuelle
 soit directement en bois-énergie
 soit après une méthanisation de la matière organique (biogaz) (ou de nouvelles transformations chimiques (biocarburant)). Le potentiel de la biomasse est considérable

Stockage d’hydrogène
 Pile à combustible : solution prometteuse, pile où la fabrication de l’électricité se fait grâce à l’oxydation sur une électrode d’un combustible réducteur (par exemple l’hydrogène) couplée à la réduction sur l’autre électrode d’un oxydant, tel que l’oxygène de l’air.
 Dans des réservoirs
— Sous forme gazeuse
— Sous forme liquide
 « sur » des composés solides (adsorption)
 « dans » des composés solides (hydrures) (source : Wikipedia)

Stockage de l’énergie mécanique
 Sous forme d’énergie gravitaire : principe de la Station de Transfert d’Energie par Pompage (STEP), le rendement (rapport entre électricité consommée et électricité produite) est de l’ordre de 82% (source : Wikipedia)

 Sous forme de pression : air comprimé, des sociétés et des scientifiques travaillent pour augmenter le rendement actuel de 20-30% à 60-65%, proche du rendement de 70% des batteries au plomb-
 Le volant d’inertie : en mobilité, pour le transport
 Stockage inertiel
 Stockage par ressort

Stockage d’énergie rayonnante

Vecteur non développé ici

Pour ceux intéressés par des précisions complémentaires :
 un tableau comparatif indiquant la masse requise pour stocker l’équivalent d’un kg de pétrole dans du bois, des batteries, de l’hydrogène, une masse en mouvement, de l’eau en altitude, de l’uranium et de la chaleur
 un tableau (datant de 1998) concernant l’électricité spécifiquement.

Cas pratiques - Installations

Stockage d’une énergie renouvelable en électricité dans des batteries

Pour une éolienne auto-construite de 10 kW destinée à de l’autoconsommation, le propriétaire Jpoi91 a acheté 40 batteries 12V/200AH à décharge profonde, dont 20 sont connectées (fin 2008).

En France, la plupart des installations de panneaux photovoltaïques ne sont pas destinées à l’autoconsommation en raison des tarifs avantageux de vente de l’électricité à EDF. Les sites isolés se prêtent à l’installation de batteries.

Stockage d’une énergie renouvelable en chaleur

Pour reprendre la réaction de Bricolo-Ecolo à propos de l’installation pour le chauffage de sa maison : « J’ai un cumulus énorme et je stocke pour une semaine !! »

Dans le cas de l’installation éolienne qu’il a auto-construite, Huiban précise sur son site : « un échangeur placé sur le circuit des radiateurs permet de chauffer un ballon de 200 litres d’eau pour l’eau chaude sanitaire ».

netlaur24 et Bricolo Ecolo ont respectivement installé une pompe à chaleur air / eau et un puits canadien pour exploiter la chaleur stockée dans l’eau et le sol.

Aux USA, David Allan chauffe sa maison au solaire et au sulfate de sodium en application des techniques de changement de phase (PCM, Phase Change Material).

Stockage de biomasse domestique

L’installation de chauffage de Bricolo Ecolo comprend « un poêle à bois avec une réserve d’eau chaude ...comme à l’ancienne pour la vaisselle ». Il s’agit d’un « vieux Efel à un prix défiant toute concurrence » en attendant de pouvoir acheter un autre appareil : « les technologies les poêles à pellet ont des autonomies de 25 h avec régulation électronique avec des fumées de combustion qui contiennent moins de 0,1 % de CO. »

Le recours au biogaz est très répandu pour du gaz domestique : 21 millions de foyers dans le monde sont équipés de digesteurs. Ce sont des installations relativement simples à mettre en oeuvre (à condition de disposer des déchets organiques). A titre d’illustration : un digesteur de démonstration, en grandeur réelle une installation au Vietnam coûtant « environ 35 euros tout compris (sauf la porcherie et les cochons !) » et à plus grande échelle, une installation prototype pour du gaz de cuisine dans un immeuble à Fribourg en Allemagne à partir de l’eau noire (les rejets des toilettes).

Il existe des installations biogaz exploitant les déchets pour chauffer des immeubles et des quartiers . L’installation prototype de Fribourg pourrait être utilisée dans ce but, je n’ai trouvé d’information pour des habitations.

Stockage d’une énergie renouvelable dans des réservoirs d’hydrogène

La maison solaire-hydrogène de Michael Strizki aux USA est un exemple avant-gardiste de stockage de l’énergie photovoltaïque sous forme d’hydrogène liquide dans 10 réservoirs de 3800 litres.

De nombreuses sociétés (Matsushita, Honda et sa Home Energy Station, Hyteon, EDF, ...) travaillent depuis des années sur des piles à combustible pour la maison et ont lancé des expérimentations. La pile à combustible domestique pour demain ?

Tableau de synthèse

A suivre.

Commentaires et contributions, ...