En stockage mondial de l'énergieLa proportion d'énergie renouvelable dans la structure électrique continue d'augmenter.
Cependant, cela entraîne également de nouveaux défis. Le caractère aléatoire, l'intermittence et la volatilité de l'énergie éolienne et solaire ont exercé une pression structurelle considérable sur le système de production d'électricité existant.
L'intégration de grandes quantités d'énergie éolienne et solaire dans le système entraînera de fréquents excédents et pénuries d'électricité. Stockage d'énergie de longue durée est devenue une technologie clé pour résoudre le problème de l'accès aux énergies renouvelables.
Cet article explore les différentes voies techniques, les avantages et les défis, ainsi que les scénarios d'application pour le stockage de l'énergie à long terme.
Différentes voies techniques pour le stockage de l'énergie à long terme
Le stockage de l'énergie sur une longue durée peut être réalisé de diverses manières, telles que le stockage de l'énergie mécanique, le stockage de l'énergie thermique, le stockage de l'énergie électrochimique, le stockage de l'énergie chimique, etc.
(1) Stockage d'énergie mécanique : La technologie de stockage d'énergie mécanique la plus mature est le stockage d'énergie par pompage, qui représente 95% de la capacité totale de stockage d'énergie dans le monde.
Cependant, il existe certaines exigences en matière de sélection des sites d'implantation des usines et des stations. De nouvelles installations de pompage-turbinage, telles que les pompes géomécaniques, apparaissent aujourd'hui pour réduire la dépendance à l'égard des conditions géographiques.
En outre, le stockage d'énergie mécanique comprend également le stockage d'énergie par air comprimé, le stockage d'énergie par gravité et le stockage d'énergie par air liquide.
Le stockage de l'énergie de l'air comprimé prend également en compte le stockage de l'énergie thermique, qui est utilisé pour stocker la chaleur générée pendant le processus de compression et la réutiliser dans le cycle de décharge ; le stockage de l'énergie par gravité en est actuellement aux premiers stades de la commercialisation.
(2) Stockage de l'énergie thermique : La technologie de stockage de l'énergie thermique peut libérer de l'électricité et de la chaleur en même temps. L'itinéraire technique peut être divisé en plusieurs catégories : changement de la température du milieu, changement de l'état du matériau du milieu, réaction thermique thermochimique, etc.
Ces technologies utilisent des supports tels que le sel fondu, le béton, les alliages d'aluminium ou les matériaux rocheux pour stocker la chaleur dans des conteneurs isolés. La voie technologique la plus répandue est une combinaison d'installations de production d'électricité à partir de sels fondus et d'énergie solaire concentrée (CSP).
(3) Stockage de l'énergie chimique : stockage de l'hydrogène, stockage de l'énergie du gaz naturel, etc.
(4) Stockage électrochimique de l'énergie: Basées sur le stockage d'énergie de longue durée à partir de réactions électrochimiques, les batteries d'écoulement constituent une voie technique.
Les batteries à flux stockent l'énergie électrique dans des solvants chimiques placés dans des réservoirs externes et se chargent et se déchargent à travers des membranes d'échange d'ions. En même temps, stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion est également un choix très compétitif.
Avantages du stockage d'énergie de longue durée
L'augmentation de la part de la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables entraînera une croissance de la demande de stockage d'énergie pour des périodes de 8 à 12 heures, voire plus, et constitue également un marché important pour le stockage d'énergie à long terme.
La technologie de stockage de l'énergie à long terme présente principalement les cinq avantages suivants :
(1) Le coût marginal est faible lorsqu'il s'agit de stocker de grandes quantités d'énergie électrique.
(2) Découplage de l'énergie et de la puissance.
(3) Modularisation, évolutivité, moins d'exigences en matière d'emplacement des usines et des stations, et une sécurité renforcée.
(4) Elle ne dépend pas d'éléments rares, a un faible coût économique et a des effets à l'échelle industrielle.
(5) Par rapport à la modernisation et à l'extension des réseaux de transmission et de distribution, la période de construction est courte.
Scénarios d'application du stockage d'énergie de longue durée
Le stockage d'énergie de longue durée peut améliorer la flexibilité du système électrique en stockant et en libérant de l'énergie sur une période plus longue (>4h, sur des jours, des semaines et des saisons). Ses principaux scénarios d'application se reflètent dans quatre aspects :
(1) Application de stockage d'énergie intrajournalière : 4 à 12 heures de stockage d'énergie de longue durée pour résoudre le déséquilibre entre l'offre et la demande d'électricité au cours de la journée.
(2) Applications de stockage d'énergie interjournalières et interhebdomadaires : elles concernent principalement les déséquilibres de puissance de moyenne et longue durée causés par des anomalies météorologiques à court terme (manque de lumière, pénurie d'eau, etc.).
(3) Application intersaisonnière : Résoudre le problème de la demande d'énergie de pointe en hiver et de l'incertitude à long terme du système électrique causée par le changement climatique.
(4) Faire face aux événements climatiques extrêmes.
Les défis du stockage de l'énergie à long terme
Le stockage de l'énergie à long terme présente un important déficit technique, et il convient d'accroître les investissements pour le combler.
Bien que les technologies de stockage de l'énergie à long terme soient diverses, les différentes méthodes de stockage de l'énergie ont des limites différentes, ce qui rend difficile l'utilisation de cette technologie à grande échelle.
Prenons l'exemple de la batterie à flux. Elle se caractérise par sa sécurité, sa souplesse d'extension en fonction des besoins et sa longue durée de vie. Cependant, son coût élevé constitue le plus grand défi.
À l'heure actuelle, la Chine n'a pas mis en place un mécanisme de marché des capacités mature, et il est difficile de tirer profit de la valeur de la capacité des nouveaux systèmes de stockage de l'énergie par le biais du marché.
Il est également nécessaire d'utiliser des méthodes scientifiques de conversion des capacités pour fournir des prix de capacité ou des compensations de capacité correspondant à la durée.
Dans le même temps, les variétés de marché sont affinées et le stockage d'énergie de longue durée est encouragé à participer à des marchés auxiliaires tels que la sauvegarde pour soutenir des proportions élevées de consommation d'énergie renouvelable et de réduction du carbone.
Prévision de l'ampleur future du stockage de l'énergie de longue durée
Bien que certaines technologies de stockage de l'énergie à long terme en soient encore à leurs débuts.
Toutefois, dans le contexte de l'accélération de la transformation énergétique, on prévoit que le stockage de l'énergie à long terme ouvrira la voie à de nouvelles technologies. stockage de l'énergie à l'échelle du réseau dans le monde entier à partir de 2025.
La capacité installée cumulée devrait atteindre 30 à 40 GW (capacité totale de 1 TWh), soit 6 à 8 fois la capacité publique actuelle, et 95% de la capacité installée est distribuée.
En 2040, la capacité mondiale installée de LDES devrait atteindre 1,5 à 2,5 TW (la capacité totale atteignant 85 à 140 TWh), soit environ 8 à 15 fois la capacité totale de stockage d'énergie installée actuellement.
Il réduira les émissions de carbone de 1,5 à 2,3 milliards de tonnes par an, ce qui représente 10%-15% des émissions du secteur de l'électricité.
L'énergie stockée représentera 10% de la production mondiale d'électricité, avec une taille de marché supérieure à $1 trillion de dollars américains. Cela signifie également que d'ici 2040, l'investissement cumulé dans la LDES atteindra $1,5 à 3 billions de dollars américains.
Résumé
En résumé, le stockage d'énergie de longue durée est un élément clé de la transition énergétique actuellement en cours. Alors que nous nous dirigeons vers un avenir plus durable, le besoin d'une technologie de stockage de l'énergie capable de fournir de l'énergie pendant de longues périodes est plus important que jamais.
Bien qu'il reste des défis à relever pour l'adoption généralisée du stockage de l'énergie à long terme, cette technologie connaîtra une croissance significative au cours des prochaines décennies.
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