Entretien avec Carlos Hill, de Xcel Energy : Comment le stockage électrique fonctionne-t-il avec les énergies renouvelables ?

Les services publics de l’énergie seront confrontés à des défis considérables dans les années à venir en raison de l’électrification des maisons, des entreprises et des automobiles. Même si l’efficacité s’améliore, les politiques imposant une utilisation accrue des énergies renouvelables encouragent les services publics à investir dans des méthodes de stockage de l’énergie qui peuvent fonctionner au sein de leurs réseaux électriques.

Nous nous sommes entretenus avec M. Hill pour connaître son point de vue sur l’état du stockage de l’énergie à l’échelle de l’entreprise, le stockage de l’énergie résidentielle, l’impact de la production d’énergie renouvelable sur le réseau existant et les nouvelles technologies qui, selon lui, influenceront le secteur de l’électricité dans les années à venir.

Stockage à l’échelle des services utilitaires en vue de la transition vers une énergie propre

Arrow Electronics : Quelles sont les options existantes pour le stockage de l’électricité ?

Carlos Hill : C’est la question à laquelle tout le monde essaie de répondre actuellement. Vous pouvez stocker du pétrole dans des barils ou du propane dans des réservoirs, mais l’électricité est un produit qui doit généralement être consommé immédiatement. Selon moi, il existe quatre options de stockage principales : l’hydroélectricité par pompage (PSH), le stockage par batterie, le stockage d’énergie par volant d’inertie (FES) et le stockage thermique.

L’hydroélectricité par pompage consiste à pomper de l’eau jusqu’à un point élevé, généralement pendant la nuit, lorsque le réseau est alimenté par une grande quantité d’énergie éolienne gratuite. L’eau est stockée à l’altitude la plus élevée jusqu’aux heures de pointe de la fin de l’après-midi, lorsque davantage de personnes consomment de l’électricité. L’énergie potentielle, qui est égale à la masse x la gravité x la hauteur, de l’eau est libérée pour s’écouler en aval vers une turbine, produisant de l’électricité grâce au transfert d’énergie cinétique. Le grand avantage de l’hydroélectricité par pompage est que l’énergie potentielle est stockée à une altitude plus élevée jusqu’à ce que la compagnie d’électricité ait besoin de la convertir en énergie cinétique pour le réseau.

En ce qui concerne le stockage des batteries, la plupart des gens optent pour les batteries lithium-ion, mais le fer-air de Form Energy est un autre type de batterie très répandu qui peut stocker de l’énergie pendant plusieurs jours. Les équipes de Xcel Energy travaillent avec Form Energy pour fournir à terme des batteries d’une capacité de 10 MW pouvant conserver l’énergie pendant près de 100 heures.

Xcel Energy a également mis en œuvre un projet pilote Battery Connect dans le cadre duquel des clients résidentiels du Colorado disposant de batteries SolarEdge ou Tesla dans leur garage ont participé à un projet pilote de déplacement de l’énergie solaire et d’écrêtement des pointes de consommation. Le service public chargeait les batteries résidentielles le matin pendant les périodes de fort ensoleillement et les déchargeait en début de soirée pendant les heures de pointe afin de réduire la charge de la demande électrique du client.

Très peu de gens parlent du FES, mais il s’agit d’une méthode efficace de stockage de l’énergie. Pensez aux fois où vous faites tourner un objet rond, l’objet continue de tourner parce que vous avez transféré de l’énergie à l’objet sous la forme d’un moment angulaire. Les services publics peuvent profiter des périodes où l’électricité est moins chère pour faire tourner des cylindres géants afin de transférer l’énergie sous forme de moment angulaire. Les services publics peuvent alors extraire l’énergie et la réinjecter dans le réseau pendant les heures de pointe.

Enfin, il y a le stockage de l’énergie thermique. Un exemple est le chauffage d’un réservoir d’eau lorsque l’énergie disponible sur le réseau est abondante. Il faut plusieurs unités d’énergie pour augmenter la température d’un grand volume d’eau d’un degré, mais l’eau a une capacité thermique élevée, de sorte que le liquide peut retenir l’énergie dans les conditions appropriées. Cette énergie pourrait ensuite être distribuée sur le réseau aux heures de pointe. Pour autant que je sache, cette pratique est moins répandue aux États-Unis à l’heure actuelle.

Arrow Electronics : Comment chacun de ces éléments fonctionne-t-il dans le cadre de l’infrastructure existante ?

Carlos Hill : L’hydroélectricité par pompage nécessite d’importantes dépenses en capital. Ces systèmes sont lourds à construire et leur fonctionnement est optimal dans les régions vallonnées ou montagneuses. Il existe des systèmes en boucle ouverte où l’eau continue à descendre au-delà d’un barrage, mais aussi des systèmes en boucle fermée où l’eau circule entre un réservoir supérieur et un réservoir inférieur.

Le stockage d’énergie par volant d’inertie peut se faire n’importe où - dans un parc, un désert, un quartier - en fait, partout où il y a une parcelle de terrain plat.

Les batteries peuvent également être placées n’importe où dans les locaux commerciaux et/ou résidentiels. C’est l’option la plus courante aujourd’hui que l’Américain moyen connaît. Les petits systèmes de batteries, d’une capacité d’environ 5 kilowatts, peuvent tenir dans un garage. Si vous voulez quelque chose de plus grand, comme 50 kW, vous aurez besoin d’un entrepôt.

Arrow Electronics : Quels sont les défis liés au stockage de l’énergie renouvelable en utilisant les infrastructures existantes ?

Carlos Hill : L’énergie renouvelable est variable. Nous pouvons brûler du charbon et du gaz naturel quand nous le voulons, mais le vent et le soleil sont intermittents. Il y a aussi la complication de la surproduction d’énergie renouvelable lorsqu’elle est abondante et, malheureusement, la nécessité d’arrêter les générateurs s’il n’y a pas de capacité de stockage.

Si vous produisez de l’électricité à partir de l’énergie solaire ou éolienne, vous pouvez utiliser des batteries pour stocker votre production excédentaire. Vous devez toujours faire appel à un ingénieur électricien qui connaît la tension, les ampères, les onduleurs, la capacité, etc.

Entrer dans la prochaine phase de la transition énergétique durable

Arrow Electronics : Avez-vous des exemples de stockage d’énergie renouvelable au niveau du réseau en pratique aujourd’hui ?

Carlos Hill : Xcel possède la centrale hydroélectrique à pompage de Cabin Creek dans le Colorado. Nous avons également établi un partenariat avec Form Energy pour développer le stockage d’énergie sur plusieurs jours. Leurs batteries fer-air changent la donne, avec un stockage impressionnant à l’échelle de l’utilité publique, qui permet de conserver 10 MW d’énergie pendant quatre jours. Cela représente 1 000 MWh d’énergie que la batterie fer-air peut potentiellement stocker. Ces systèmes de batteries fer-air d’une capacité potentielle de 1 000 MWh avec un stockage de longue durée sont essentiels pour créer un réseau propre. Ces projets de stockage d’énergie sur plusieurs jours sont conçus pour maximiser l’utilisation des énergies renouvelables tout en maintenant la fiabilité du réseau de Xcel Energy. Les parties concernées construiront les batteries sur les sites de centrales au charbon qui seront mises hors service, comme la Sherburne Station dans le Minnesota et la Comanche Station dans le Colorado. Ces batteries à grande échelle permettront à Xcel Energy de stocker l’énergie renouvelable et de la distribuer pendant les périodes de faible production d’énergie. Il existe quelques batteries de ce type dans tout le pays.

Arrow Electronics : Y a-t-il d’autres nouvelles technologies de stockage de l’énergie à l’horizon ?

Carlos Hill : L’hydrogène vert est une technologie de stockage de l’énergie de plus en plus populaire. Il existe différentes couleurs pour représenter les différentes méthodes de production : l’hydrogène gris, l’hydrogène brun, l’hydrogène bleu, l’hydrogène vert et l’hydrogène rose. L’hydrogène vert consiste à utiliser de l’énergie verte pour faire fonctionner un électrolyseur, une machine impressionnante qui fait de l’électrolyse, c’est-à-dire qui sépare l’eau en deux. Vous pouvez diviser l’eau en atomes d’hydrogène et en atomes d’oxygène, puis stocker l’hydrogène pour alimenter ensuite une pile à combustible pendant les périodes de forte demande.

L’idée est d’utiliser le surplus d’électricité renouvelable pour faire fonctionner l’électrolyseur afin de produire l’hydrogène, puis de laisser l’hydrogène reposer dans un réservoir de stockage, de la même manière que le pétrole repose dans des barils. Malheureusement, les aspects économiques de ce processus posent encore problème.

L’impact des consommateurs sur l’adoption des énergies renouvelables

Arrow Electronics : Quelles sont les tendances que vous observez et qui ont une incidence sur les progrès réalisés en matière de stockage des énergies renouvelables ?

Carlos Hill : L’adoption de véhicules électriques fait peser sur le réseau des charges qui n’existaient pas auparavant. Les maisons consomment de l’électricité en fonction du réfrigérateur, des lumières, du climatiseur, du lave-linge et du sèche-linge, et d’autres appareils de base. Maintenant, il y a ce pic soudain de demande où la maison consomme des quantités massives d’électricité pendant qu’un véhicule électrique se recharge. Il y a beaucoup de discussions sur la façon de gérer cette charge supplémentaire. Certaines stratégies sont appelées charge statique/passive et charge dynamique/active. Dans le cadre de ces stratégies de charge gérées, les VE se chargeront à certains moments moins stressants pour le réseau.

Les reconstructions de cuisines qui renoncent au gaz au profit de l’électrification exercent également une pression sur le réseau. Les services publics doivent s’assurer que les lignes d’alimentation, les transformateurs et les sous-stations sont suffisants pour répondre à cette demande croissante d’électricité.

Les opinions exprimées sont celles de la personne interrogée et ne reflètent pas les opinions d’Arrow Electronics Inc. ou de ses filiales.

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