Gardez l'énergie sous contrôle : Les solutions de stockage d'énergie associées aux pompes à chaleur

Le stockage d'énergie, ça veut dire quoi ?

Pourquoi parle-t-on de stockage d'énergie comme s'il s'agissait d'un vrai défi ? Parce que c'en est un !

Pensez-y, chaque fois que vous cherchez désespérément votre chargeur car votre portable « n'a plus de batterie ». C'est la même chose avec les voitures : les routes et autoroutes sont jalonnées de stations essence et, de plus en plus, de bornes de recharge. Le stockage d'énergie reste d'ailleurs l'un des principaux freins rencontrés par l'industrie automobile pour la diffusion de véhicules électriques.

Cela semblait finalement plus simple auparavant : une bonne réserve de carburant et hop ! problème résolu.

Mais avec l'incitation de l'utilisation plus massive des énergies renouvelables en France comme avec les pompes à chaleur, les choses se compliquent : comment mettre en boîte la force du vent, la puissance du soleil ou les calories capturées par une pompe à chaleur ?

Par définition, une pompe à chaleur ne va pas stocker l'énergie qu'elle capte dans son environnement sous forme d'électricité, mais sous forme de chaleur. Un vaste sujet que nous abordons dans cet article, avec une attention particulière pour les systèmes de stockage relatifs au confort thermique et sanitaire de votre maison.

• Quels sont les technologies et moyens les plus prometteurs pour stocker l'énergie ?
• Quels sont les 3 modes de stockage d'énergie ?
• Et la pompe à chaleur dans tout ça vis à vis de l'énergie renouvelable ?
• Comment stocker l'énergie issue d'une pompe à chaleur de manière durable ?
• Et la pompe à chaleur dans tout ça vis à vis de l'énergie renouvelable ?
• Comment stocker l'énergie issue d'une pompe à chaleur de manière durable ?
• Quel est le meilleur moyen de stockage d'énergie associé à une PAC ?

Quels sont les technologies et procédés les plus prometteurs pour stocker l'énergie ?

Nous pourrions écrire ici un véritable roman, tant l'énergie peut prendre de formes différentes, tant elle s'avère indispensable à notre vie quotidienne. Mais notre ambition est de rester concis et aussi synthétiques que possible afin de mieux comprendre les enjeux techniques en fonction des grandes quantités et des sources d'énergie.

Quels sont les 3 modes de stockage d'énergie ?

Comment stocker de l'énergie électrique ?

L'électricité est devenue une ressource indispensable au monde moderne et particulièrement en France. Mais cette énergie est également aussi fuyante qu'insaisissable. Il est donc indispensable de la convertir en une autre forme d'énergie pour pouvoir la stocker, la transporter et en disposer comme bon nous semble.

On la transforme ainsi en :

• Énergie mécanique

L'énergie électrique que l'on cherche à stocker est utilisée, par exemple, pour pomper de l'eau et l'envoyer en hauteur (énergie par pompage). Lorsque l'on en a besoin, il suffit de relâcher le liquide qui, par effet de gravité, tombe et fait tourner une turbine restituant de l'électricité. C'est le principe des barrages hydroélectriques. Si le procédé semble simple, il nécessite en réalité des sites appropriés et des installations à grande échelle : il faut bien plus que quelques mètres cubes d'eau pour que la solution soit efficace !

D'autres technologies existent, telles que le volant d'inertie ou le stockage par compression de l'air. Elles reviennent également à produire un mouvement générant de l'électricité à destination, le plus souvent, de clients industriels.

• Énergie chimique

Il s'agit d'utiliser l'énergie électrique à emmagasiner pour produire de l'hydrogène que l'on stocke et c'est cet hydrogène qui restitue l'électricité par l'intermédiaire, par exemple, d'une pile à combustible.

• Énergie électrochimique

Nous passons ici à un ordre de grandeur qui vous sera plus familier : c'est le procédé qui est à l'œuvre dans les batteries de téléphone, d'ordinateur ou de voiture. Cette technologie se cache aussi dans les bonnes vieilles piles AAA !

Les batteries contiennent des composés chimiques (vous avez peut-être entendu parler de lithium-ion par exemple) qui se transforment en fournissant de l'énergie électrique.

Comment stocker l'électricité générée par des panneaux solaires photovoltaïques ?

Vous avez installé des panneaux solaires sur votre toiture pour réduire le montant de vos factures ? Bonne idée ! Mais comment utiliser l'énergie captée ?

La solution de stockage la plus évidente consiste à nouveau à utiliser des batteries spécifiques. Elles sont pratiques mais plutôt encombrantes et leur durée de vie reste limitée. Vous pouvez aussi revendre votre surplus de production à EDF pour la redistribuer dans les réseaux électriques.

Il existe cependant un autre système de stockage, consistant à transformer l'énergie solaire en chaleur. Pas d'électricité cette fois, mais une énergie thermique que vous pouvez utiliser pour chauffer votre habitation. Nous en reparlons dans la suite de cet article.

Quels types dispositifs pour stocker l'énergie thermique ?

La chaleur, parlons-en ! Comment la stocke-t-on ?

Là encore, 3 grands procédés :

• Chauffer un liquide ou un solide qui conservera l'énergie thermique absorbée pendant un temps plus ou moins long ;

• Utiliser les changements de phase (solide, liquide, gazeux) pour capter puis restituer de la chaleur ;

• Jouer avec les réactions chimiques réversibles, qui absorbent de la chaleur puis la relâchent lorsqu'elles changent de sens...

Mouais... Tout ça, c'est vraiment technique. Concrètement, ça donne quoi ?

Lisez la suite !

Et la pompe à chaleur dans tout ça vis à vis de l'énergie renouvelable ?

La pompe à chaleur (PAC) sert avant tout à produire de l'énergie thermique et propose plusieurs puissances. Son principe de fonctionnement est le suivant :

• Récupération des calories dans l'environnement extérieur (énergies renouvelables)

Il peut s'agir de l'air environnant (PAC air-air ou PAC air-eau) comme du sous-sol ou de l'eau des nappes phréatiques (PAC géothermiques). Ici pas besoin des énergies fossiles comme le gaz naturel ou le fioul. Les calories captées suffisent à vaporiser un fluide frigorigène, circulant dans l'appareil.

• Amplification de la chaleur absorbée

Le gaz formé s'échauffe encore sous l'action d'un compresseur, alimenté par électricité.

• Transfert de la chaleur générée

Au niveau d'un échangeur, le gaz frigorigène se condense en transmettant son énergie thermique à un circuit hydraulique. Le plus souvent, il s'agit du circuit de chauffage alimentant le plancher chauffant ou le réseau de radiateurs de l'habitation.

• Retour à la case départ

Le fluide frigorigène est redevenu liquide, il s'est refroidi, sa pression a baissé. Il est prêt pour le cycle suivant.

On calcule le rendement de la pompe à chaleur grâce à son coefficient de performance (COP) : c'est le rapport entre la chaleur produite par la pompe à chaleur et l'énergie électrique consommée par le compresseur et quelques dispositifs annexes. Plus ce coefficient est élevé, plus la PAC est efficace.

Comment stocker l'énergie issue d'une pompe à chaleur de manière durable ?

Transformer l'énergies renouvelable en énergie durable

OK, la pompe à chaleur utilise les énergies renouvelables quand elle absorbe la chaleur de l'environnement extérieur, l'amplifie puis la transmet au logement. Pourquoi donc faudrait-il la stocker ?

Pour plusieurs raisons :

• Réduire les coûts de fonctionnement

Nous l'avons vu, ils sont liés à la consommation électrique de la PAC. Une installation capable de stocker la chaleur produite pourrait s'activer principalement en période creuse, au moment où l'électricité est la moins coûteuse.

• Augmenter l'efficacité de l'installation

Les PAC aérothermiques récupèrent les calories de l'air environnant et leur rendement dépend des températures extérieures. Il serait donc intéressant de programmer leur action au moment le plus chaud de la journée, le stockage de la chaleur captée en permettant l'utilisation ultérieure.

Ce principe est le même pour les installations hybrides composées d'une PAC associée à un équipement solaire thermique, le soleil ne se montrant pas toujours aux moments de forte consommation. Même chose également pour l'énergie éolienne, dépendant fortement des caprices du vent.

• Réduire l'impact environnemental du logement

La réduction des coûts et l'augmentation de l'efficacité que nous venons d'évoquer ne sont pas seulement bénéfiques pour votre porte-monnaie. L'optimisation des ressources énergétiques est également une bonne nouvelle pour la planète !

• Prolonger la durée de vie de l'installation

Un stockage de chaleur permet de lisser le fonctionnement de la PAC et d'éviter les surcharges. Le matériel s'use alors moins rapidement et vous augmentez ainsi la durée de vie des appareils.

Tout cela ne répond toujours pas à la question cruciale : concrètement, comment fait-on ?

Quel est le meilleur moyen de stockage d'énergie associé à une PAC ?

À l'échelle individuelle, le meilleur mode de stockage consiste à chauffer un certain volume d'eau puis à le maintenir à bonne température grâce à un système d'isolation. C'est tout simple finalement !

Dans les faits, plusieurs configurations sont possibles :

• Pose d'un accumulateur tampon

Il s'agit d'un grand réservoir d'eau chauffée posé en aval de la PAC ou de tout autre générateur de chaleur. En fonction des besoins, le liquide sort de la cuve puis transmet son énergie au circuit de chauffage ou d'eau chaude sanitaire (ECS).

• Utilisation d'un chauffe-eau avec capacité de stockage

Le ballon d'eau chaude traditionnel peut être considéré comme un système de stockage de chaleur puisqu'il est prévu pour maintenir un certain volume d'eau à la température souhaitée.

Il existe d'ailleurs des chauffe-eau thermodynamiques, comprenant une pompe à chaleur entièrement dédiée à la production d'eau chaude sanitaire.

• Pose d'un accumulateur à stratification

Ce type de stockage utilise l’écart de température entre les différents niveaux de la cuve. L'eau chauffée entre par le haut. On trouve donc du liquide plus froid dans la partie inférieure du réservoir. Il suffit de puiser l'eau selon la quantité d'énergie souhaitée : en haut pour la production d'eau chaude sanitaire, vers le milieu pour le chauffage.

• Utilisation d'un chauffe-eau combiné

Dans ce cas, la cuve est divisée en deux parties, l'une destinée au chauffage, l'autre à l'ECS. C'est plus simple mais les capacités de stockage sont limitées pour les deux postes.

Le coût d'un tel dispositif de stockage vient s'ajouter à celui de la PAC mais peut, à terme, permettre de belles économies d'énergie si votre profil implique des besoins importants et/ou irréguliers.

Qu'il soit à échelle industrielle ou destiné aux particuliers, le marché du stockage d'énergie est à la fois immense et stratégique. De nombreuses entreprises sont porteuses de projets innovants dans le domaine : batteries nouvelle génération, pompes à chaleur révolutionnaires, nouvelles piles à combustible, etc.

L'objectif est toujours le même : augmenter la capacité de stockage et de transport de l'énergie pour une utilisation ciblée et différée. En un mot, devenir moderne et responsable !

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