Une start-up française, Kemiwatt, a mis au point une batterie à flux prometteuse, qui pourrait bien faire progresser considérablement la question du stockage des énergies intermittentes. Après un prototype réalisé en 2016, l’entreprise française compte passer à l’étape de la commercialisation dès 2020.
Si la plupart des filières renouvelables sont sur le point d’atteindre leur maturité technologique, la question du stockage des énergies intermittentes (éolien, solaire, hydraulique) reste incontournable pour une transition énergétique réussie.
Pour ce faire, il faut pouvoir stocker l’énergie de manière à la fois rentable, durable et efficace.
Or les batteries à électrolytes circulants de nouvelle génération, ou batteries à flux, semblent prometteuses sur ces trois plans.
Qu’est-ce qu’une batterie à flux ?
Une batterie à flux est une batterie dont les électrolytes (substances conductrices) sont des solutions liquides contenues dans des réservoirs reliés à une cellule électrochimique.
Les électrolytes sont dits circulants car la membrane qui sépare les deux compartiments de la cellule électrochimique est semi-perméable, ce qui permet l’échange d’ions.
Des pompes font circuler les électrolytes à travers les électrodes qui occupent ces compartiments. Pendant la charge, grâce à la tension appliquée sur les électrodes, le premier électrolyte cède des électrons, tandis que le second en capte. Au cours de la décharge, l’inverse se produit et génère un courant électrique.
Mais l’électrolyte circulant le plus couramment utilisé aujourd’hui est produit à base de vanadium, un métal assez rare, dissous dans un milieu très acide. Le procédé pose des problèmes de sécurité, et le recyclage des électrolytes est coûteux.
La batterie au vanadium n’a pas réussi à s’imposer, en grande partie à cause de l’aspect corrosif du milieu chimique acide du vanadium, qui a tendance à attaquer les autres composants.
Où est la nouveauté ?
En 2014, des chercheurs de Harvard avaient découvert qu’en remplaçant le vanadium par des quinones (un composé du benzène), ils avaient réussi à s’affranchir de l’aspect acide de l’électrolyte. La quinone est un composé organique, biodégradable et non corrosif.
Avec les quinones, on est en présence d’une batterie non toxique mais aussi de très longue durée: elle perdrait 1% de sa capacité de stockage tous les 1000 cycles de charge/décharge, et elle offre une rapidité de charge et de décharge 1 000 fois supérieure au vanadium.
Là où est la nouveauté, c’est que l’équipe de Kemwatt est la première à présenter un prototype fonctionnel.
La start-up a mis au point un démonstrateur de 10 kW, qui lui a valu, en avril dernier, de remporter le Concours mondial de l’innovation du Ministère de l’Économie et des Finances, ce qui devrait lui permettre d’obtenir des fonds pour réaliser un nouveau prototype de 100 kW cette fois.
Elle vise ensuite une production en série dès l’année prochaine.
De nombreux avantages, peu d’inconvénients
Les principaux avantages de la batterie quinones-redox sont :
- capacité modulable à volonté, en fonction de la taille des réservoirs, et de leur degré de remplissage ;
- si les électrolytes sont mélangés par accident, la batterie ne souffre d’aucun dommage irréversible ;
- peut aussi être rechargée en remplaçant l’électrolyte si aucune source d’énergie n’est disponible pour la charger. Cette batterie permet ainsi un rechargement rapide par remplacement de l’électrolyte grâce à une pompe, ou un rechargement lent par branchement à une source d’énergie ;
- la technique nécessite peu d’entretien ;
- elle peut être installée facilement au pied des éoliennes, ou des panneaux photovoltaïques dont elle stockera l’énergie.
Son principal désavantage est le suivant :
- la batterie quinones-redox présente une énergie massique (ratio énergie/volume) très faible, entre 10 et 20 Wh/kg, et est complexe à mettre en œuvre : elle n’est réellement utilisable que pour du stockage à haute puissance et longue durée.
La batterie quinones-redox semble offrir une solution efficace pour le stockage de longue durée : elle confirme l’efficacité d’une technologie qui a fait ses preuves depuis quinze ans, en supprimant le principal défaut des premiers modèles au vanadium. Elle est moins complexe à mettre en place que tous les autres types de batteries. Les matériaux qu’elle nécessite sont aussi plus économiques et les plus durables : le système est facilement démontable et fait appel majoritairement à des composés biodégradables.
Elle ne concurrencera pas la batterie Lithium-Ion sur le stockage court, mais elle semble, à l’heure actuelle, la meilleure option technologique pour un stockage long à puissance élevée, qu’elle soit couplée à des parcs éoliens ou à des installations photovoltaïques de grande puissance.
Et peut-être un deuxième inconvénient majeur : le prix ?
Utopique. Les énergies intermittentes comme l’éolien ou le solaire PV nécessiteraient, pour concurrencer les énergies pilotables (nucléaire, hydraulique), des capacités de stockage supérieures de plusieurs décades à celles permises par des batteries chimiques. Ces batteries ne sont utiles que pour un usage domestique (à condition de limiter les consommateurs) ou pour filtrer les fluctuations rapides de l’électricité produite par les éoliennes. Conclusion : cette innovation est probablement utile, mais n’est en aucun cas la solution au problème de l’intermittence de l’éolien ou du solaire. Le stockage inter-saisonnier notamment est impossible, vu la faible densité énergétique des batteries, y compris celles… Lire plus »
Les allemands sont des utopiques qui réussissent à se passer du nucléaire, et qui se passeront ensuite du charbon. Tandis que nous on continuera à regarder nos centrales nucléaires arrêtées dès que le niveau baissera dans les fleuves comme en ce moment avec Golfech totalement arrêté sur la Garonne …. ça fait moins 2600MW de moins d’un seul coup auquel il faut ajouté les diminutions de puissance de celles de l’Est de la France qui le permettent car ce sont les rares capable de faire du suivi, ce qui n’est pas la majorité des centrales françaises. Il en résulte qu’il… Lire plus »
D’après mes calculs, 20 wh/kg= 720 J/kg, 1kg d’eau turbinée sur 100 m = 981J / kg. Soit la moitié pour step de rivière ou il faut prévoir les deux bassin On a donc un système qui au niveau de la densité énergétique est du même niveau qu’une step, très faible, pour un coût d’installation beaucoup plus important ( il faut fabriqué chimiquement ces quinone en quantité industrielles . Certes la chimie des quinone est simple et bien maîtrisée, mais l’eau de turbinage, il n’y a pas besoin de la fabriquée, ni de la recyclée) Certes le rendement charge- décharge… Lire plus »
Ben oui, mais il faut fabriquer les lacs et si on n’a pas de relief disponible comme dans le cas du désert plat où se trouve le parc de Neoen il faut même fabriquer la montagne…. côté coût je ne sais pas si vous allez vous en sortir?????
fabriquer les lacs, figurez vous que certains y ont pensé :
http://www.journaldelenvironnement.net/article/la-belgique-veut-construire-une-step-marine,53417
le problème c’est : est ce que ce genre d’installation ( renouvelable +stockage/atollsartifciels,batterie y compris aux quinones,volant d’inertie,etc) n’est pas plus polluante et n’emet pas plus de CO² que bruler tout simplement du gaz quand on a besoin d’electricité????
je suis pour ma part persuadé, que le renouvelable+stockage, du fait des limites physique du stockage est en fait plus polluant et consomme plus de fossile, que simplement bruler le fossile pour faire de l’electricité.
La techno est intéressante, mais il manque un point important : quel est le rendement d’une batterie de ce type ? Il faut que celui-ci soit de 75% minimum (plus ou moins le rendement d’une STEP) pour que cette techno soit économiquement rentable et écologiquement pertinente.
Tesla a fourni une batterie de 129 MWh à l’installateur français Neoen, d’un parc éolien en Nouvelle Galle du Sud, en Australie qui avait de nombreuses interruptions de service en raison de la variabilité de la production, ce qui n’a rien d’étonnant avec l’ensemble de la production issue d’un seul et unique parc dont les éoliennes sont par définition toutes au même endroit à quelques km près au mieux. Il semble que cette batterie soit capable de résoudre le problème….? A voir sur la durée…..
Info ici sur cette affaire :
https://www.connaissancedesenergies.org/la-batterie-geante-de-tesla-mise-en-service-dans-le-sud-de-laustralie-171204
Il n’y a que 2,5 millions d’habitants en Australie du sud et la batterie géante ne fournira que même pas 10 minutes d’électricité. (Et celle de Tesla est 10 fois plus efficace que celle de cet article)
Plus de détails ici : https://www.manhattan-institute.org/green-energy-revolution-near-impossible
Sinon pour la batterie de cet article, Elle est à base de benzène qui est extrêmement toxique vous allez me dire que c’est un dérivé du benzène mais il faut bien une usine de benzène pour commencer et ça c’est pas tiptop du tout….
Tandis que lorsqu’une centrale nucléaire est arrêtée, ça fait au bas mot, pour un seul réacteur 900 MW qui chutent….pas de problème, on a multiplié les centrales pour ça.
Conclusion il faut multiplier les éoliennes, et les fermes solaires, les puits de géothermie…. En fait c’est le nucléaire qui a trouvé les solutions, comme pour le stockage de la surproduction nocturne avec les ballons d’eau sanitaires CQFD
Si une technologie qui à un rendement faible, est extrêmement peu chère, cela peu aussi être très intéressant dans certains cas. Le TCO (Total cost of ownership) peut-être dans ce cas plus intéressante qu’une solution plus efficace mais hors de prix. Si on part du principe que dans le futur la plupart de l’énergie proviendra de renouvelable (ce qui correspond à la trajectoire actuelle), l’électricité de gros sur le marché SPOT sera de moins en moins chère la plupart du temps, donc le stockage va devenir de plus en plus rentable, même pour les solutions ayant un rendement faible. Dans… Lire plus »
Nous avons des panneaux solaires depuis 1 an et nous cherchons un fournisseur de batterie sérieux?
Une faible densité énergétique, une grande complexité de mise en œuvre… combien il en faudrait pour stocker tous les gigawats nécessaire à palier à l’intermittence de l’eolien/pv ? Combien ça coûterait?
On ne stock pas des GW qui sont une mesure de puissance mais des GWh qui sont une mesure de quantité. Si un générateur d’une puissance de 2 GW produit durant 3 heures, il a produit 6 GWh. Alors maintenant, de combien de GWh à stocker auriez vous parlé avec le bon mot ? A stocker combien de temps ? A stocker à quelle fréquence ? Il faut définir le besoin si vous voulez une réponse. Sachez aussi que le terme d’intermittence n’est pas réellement adapté au cas de l’éolien et du PPV, le trme de variable est plus indiqué.… Lire plus »
Les courbes de production sont en effet disponibles publiquement, pour la plupart des pays. Pour l’Allemagne https://www.energy-charts.de/power.htm?source=solar-wind&year=2019&month=1 On voit clairement qu’entre le 18 et le 25 janvier 2019, la production était très faible : par exemple 0,78 GW le 24 à 22h00. 0,78 GW sur 107 GW installés ! Moins de 1%, pendant des heures. Les sources à cette heure-là étaient : Hydro + biomasse : 9 GW ; Nucléaire : 10 GW ; Thermique polluant : 47 GW. En France on a aussi des périodes sans vent :104 h début 2017, facilement vérifiables sur les données RTE. Ce sont… Lire plus »
Vous comparez des installations installées depuis des décennies et qui n’ont plus aucune chance de s’étendre leur avenir étant derrière eux avec quelques ventilateurs éparses dont l’avenir est devant.
Vous savez vous auriez été encore plus convaincant auprès des naïfs en ne sortant votre production éolienne lorsqu’il n’y en avait qu’une seule sur le territoire et en choisissant (ne mégottons pas) la plus longue tranche de temps pendant laquelle elle était totalement arrêtée.
Si ils arrivent à faire couvrir la demande pendant 95% du temps avec des renouvelables et pendant quelques heures dans l’année ils font tourner leurs « thermiques polluants », alors ce n’est pas un problème pour le climat. On n’en est pas encore là, mais c’est justement leur but dans une vingtaine d’années. Même si dans les phases anticycloniques ET nuageuses (ce qui est extrêmement rare, parce que normalement anticyclone=beau temps) il est vrai que les centrales à charbon et lignites tournent au max, ce qui est important est qu’ils arrivent à produire en moyenne 47% de leur électricité à base renouvelables… Lire plus »
Faire une recherche google avec « stockage d’énergie thermique siemens gamesa ».
EDF est le premier à stocker son électricité produite de nuit dans nos millions de ballons d’eau sanitaire, sinon cette énergie serait perdue faute d’avoir des réacteurs pilotables. En effet, contrairement à une idée que répand EDF, les réacteurs nucléaires ne sont pas si pilotables que cela. D’ailleurs les plus anciens dont l’alternateur est équipé d’un rotor inducteur à aimant permanent ne permet pas de réguler le flux magnétique vers le stator induit et ne permettent donc aucune régulation. L’histoire de jouer sur le facteur de régulation grâce aux barres neutrophages qui permettent d’ajuster le coefficient K affectant la température… Lire plus »
Et pourtant, dès qu’un article sur le nucléaire est publié (généralement sponsorisé par EDF), on nous répète inlassablement que « l’électricité, ça ne se stocke pas, comme chacun le sait » !!!
EDF est le premier à stocker son électricité produite de nuit dans nos millions de ballons d’eau sanitaire, sinon cette énergie serait perdue. Contrairement à une idée que répand EDF les réacteurs nucléaires ne sont pas si pilotables que cela. D’ailleurs les plus anciens dont l’alternateur est équipé d’un rotor inducteur à aiment permanent ne permet pas de réguler le flux magnétique vers le stator induit ne permettent aucune régulation. L’histoire de jouer sur le facteur de régulation des barres neutrophages qui permet d’ajuster le coefficient K affectant la température du circuit primaire est une chimère car si vous accélérez… Lire plus »
Toutes solutions est bonne à prendre bien que je suis convaincu que le besoin de stockage est beaucoup moins important que ce que la plupart imagine. De plus les solutions sont déjà nombreuses répondant au besoin de stockage sur courte ou longue période, faible ou forte capacité, et parmi elles le stockage gravitationnel qui répond à tous les critères en même temps.
Serge Rochain
Je ne serais pas si confiant. Le stockage sous forme mécanique n’est faisable qu’avec des STEP. Or, leur potentiel est fort limité, du moins en France. Il y a aussi les volants d’inertie, mais ils ne sont pas capables de stocker l’énergie sur une longue durée. Les STEP et les volants constituent la quasi intégralité des moyens de stockage d’électricité en France. Toutes les autres méthodes miracles présentent en réalité de gros inconvénients les rendant peu pertinentes. L’air comprimé souffre d’un mauvais rendement (car le gaz s’échauffe en se comprimant, et cette chaleur ne peut pas être récupérée), le power-to-gaz… Lire plus »
Le principe du step est celui du stockage gravitationnel. Rien oblige à utiliser des steps hydrauliques d’autant plus qu’étant pour la plupart artificiels ils oblitèrent des vallées fertiles et le plus souvent noient des villages entiers. Alors qu’étant un pays de montagne nous disposons de pentes de fort dénivelé inutilisées et le plus souvent inutilisables que l’on peut équiper de lourds wagons chargés de roches que l’on trouve sur place à monter en période de forte production et descendant par gravitation en périodes de disette énergétique. Je vous suggère la lecture d’un ouvrage publié chez IST édition dans lequel un… Lire plus »
D’apprès vous, pourquoi ne voit-on pas de wagon de ce type ? Car la densité énergétique de ce système est trop faible. Un wagon de 40 tonnes sur un dénivelé de 500 mètre a une capacité de… 54,5 kWh… Soit une batterie de voiture électrique.
Cherchez pas. Si une ‘technologie miracle’ n’est pas utilisée, c’est parce qu’elle n’est pas aussi miraculeuse que ses vendeurs le prétendent.
Un train de 20 wagons de 10 m de long sur 2,5 de large et 2 de hauteur fait un volume de 1 000 m3 chargés de roches de densité 2,5 qui nous font donc 2,5 millions de kg. Sur un dénivelé de 1 500 m, nous produisons 2 500 000 kg × 9,81 (~10) × 1 500 m = 3,75 × 1010 joules = 10 MWh. Avec une centaine de ces trains (stockage de 1 GWh chaque jour à consommer chaque nuit), on peut stocker quotidiennement 1/6e de la production également quotidienne du barrage de Donzère-Mondragon (et plus de… Lire plus »
Chaque nouvelle technologie répond à une nouvelle gamme d’usage qui est toujours bon à prendre! Je pense qu’on a tendance à surestimer la nécessité de stockage longue durée qui est nécessaire pour arriver à du 100% renouvelable: en regardant la courbe de production d’électricité provenant des renouvelable d’un pays comme l’Allemagne (J’utilise ce pays comme exemple parce que le Fraunhofer-ISE fourni de très bonnes statistiques presque en temps réel et que presque 50% de leur électricité provient en 2019 des renouvelables). On peut voir que le nombre de jours consécutifs ou il n’y a pas de vent et pas de… Lire plus »
J’ajouterai deux choses : 1) en superposant les courbes de productions mois par mois du solaire et de l’éolien on s’aperçoit qu’elles se complètent parfaitement. Les mois d’hiver sont venteux et le Soleil faible et les mois d’été c’est l’inverse quant aux intersaison cela reste un mixte qui se complète sensiblement à 50/50 2) Il y a en effet, très peu à stocker par exemple pour le solaire l’alternance jour nuit est des plus favorable car le Soleil brille lorsque le premier consommateur d’électricité qu’est l’activité économique est la plus active. Ce sont les production linéaires des centrales atomiques qui… Lire plus »
Une autre solution qui semble être en France relativement inconnue mais qui en Allemagne est déjà en phase de test (usine pilote pouvant stocker 130 MWh, avec comme but la construction d’installations pouvant stoker de l’ordre du GWh) est la solution du stockage d’énergie électrothermique “ETES”, développée par Siemens Gamesa. Le rendement est certes relativement faible, mais peu coûteux et utilise 80% de technologies déjà éprouvées (turbines à vapeurs).