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23 avril 2014 3 23 /04 /avril /2014 09:59

L'énergie chère relance le stockage électrocinétique ( - Publié le  | L'Usine Nouvelle n° 3023)

Electronique - Les progrès des matériaux, de la mécanique et de l'électronique de puissance confèrent une nouvelle compétitivité aux volants d'inertie. Le spectre de leurs applications s'élargit.

Stocker l'électricité à grande échelle, un vieux rêve de chercheur... C'est pourtant de cette façon que la ville de Hanovre, en Allemagne, a réduit de 18 % la consommation de certaines lignes de tramways. Par quel miracle ? En installant des dispositifs de récupération et de stockage inertiel appelés PB-Train, au nombre de cinq sur le réseau. « Grâce à leur masse tournante entraînée par un moteur-générateur, ces volants d'inertie accumulent de l'énergie cinétique en montant en régime - jusqu'à concurrence de 17,8 mégajoules - et ils la restituent à la décélération », explique Guillaume Lafont, directeur général France de Piller, le fournisseur retenu par l'agglomération alle- mande.

Lorsque les tramways freinent, leurs moteurs se transforment en générateurs, réinjectent du courant dans le circuit jusqu'aux volants installés le long du parcours. Ceux-ci accélèrent alors, avant de restituer dans la phase suivante de l'énergie électrique au réseau... Il suffisait d'y penser.

Développés au départ pour le marché des onduleurs, les accumulateurs cinétiques trouvent aujourd'hui de plus en plus d'applications. Dans les transports donc, tant en version stationnaire qu'en version embarquée à bord des matériels roulants, comme l'a fait Alstom sur l'un de ses tramways. Jusqu'à l'aide à la production décentralisée d'énergie. Souvent issue de sources intermittentes (panneaux photovoltaïques, éoliennes, centrales houlomotrices..), cette production intermittente a tout intérêt à être lissée, en la stockant à certains moments pour être délivrée à d'autres. Pour s'imposer dans ces rôles, face aux coups de butoir des technologies concurrentes - les accumulateurs lithium-ion notamment - les volants doivent encore relever bien des défis. « En premier lieu, celui du prix », pointe Pierre Rossetti, consultant au cabinet francilien SSP, spécialisé en électronique de puissance. Tout en admettant qu'il s'agit aussi d'une question de volume de production. L'histoire de l'oeuf et de la poule... « Les Allemands, séduits, pourraient dynamiser la technologie. »

Dans cette dynamique, la banalisation des constituants clés que sont les commutateurs électroniques de puissance (IGBT) et les matériaux composites (à base de fibres de carbone, de bore ou de kevlar) jouera à coup sûr un rôle déterminant.

La diminution de l'autodécharge de l'accumulateur cinétique, liée aux inévitables pertes générées par ce système mécanique est toute aussi importante. Le sujet est ardu. « Pour limiter les pertes par frottement, il faut travailler sous vide. Mais dans ce cas, le refroidissement est difficile », explique Jean Bonal, président du club Electronique de puissance de l'association Ecrin (Echange et coordination recherche-industrie).

« Tout repose sur la qualité de la sustentation, martèle Nicolas Delorme, de Nodal Consultants. En éliminant tout contact, il sera possible de mettre sur le marché des volants offrant davantage d'autonomie et donc un meilleur service aux utilisateurs. » Dans ce but, Nexans a mis au point un palier exploitant le diamagnétisme parfait des supraconducteurs (monocristaux de YBaCuO) en deçà de leur température critique, et par conséquent leur capacité à léviter tout objet - en l'occurrence un rotor - constitué d'aimants permanents. Une réalisation malheureusement handicapée par le coût de l'installation de refroidissement.

Objectif: Rivaliser avec les batteries

Spécialistes des questions de sustentation, Pierre Fessler et Michel Saint-M'Leux, de la société Sevil, installée en Seine-Saint-Denis, travaillent quant à eux sur un palier magnétique passif autopiloté susceptible de diviser par 100 les pertes mécaniques. L'objectif est de disposer de 80 % de l'énergie initiale après 48 heures de rotation à 100 000 tours par minute. Un véritable exploit.

Au stator, des bobines alimentées en courant alternatif créent un champ tournant entraînant un rotor muni d'aimants NdFeB recouverts de fibres de carbone à haute élasticité. La sustentation de cet ensemble, en perpétuelle vibration, est assurée au moyen d'un dispositif statorique original associant aimants permanents et conducteurs fixes. « Un premier prototype de 200 Wh a montré l'efficacité de cette conception. Dans quelques mois, nous en aurons un deuxième, deux à trois fois plus énergétique », prédit Pierre Fessler.

Enfin, pour rivaliser avec les batteries (par construction très modulaires), les volants doivent élargir leur gamme. Un objectif moins difficile à atteindre. « L'une des forces du stockage inertiel est sa grande plage de dimensionnement, souligne en effet Bernard Multon, professeur à l'antenne de Bretagne de l'ENS Cachan. Ici, les constantes de temps, autrement dit le rapport énergie stockée/puissance crête, peuvent varier de quelques heures à quelques secondes. Et cela dans les deux sens, ce qui n'est pas le cas en électrochimie. »

Ecologie, fiabilité et rendement à la clé

Preuve de l'optimisme qui règne en la matière, Sevil mène pour le compte de l'Agence spatiale européenne une étude de faisabilité portant sur le remplacement éventuel des batteries par des accumulateurs inertiels non seulement à bord des satellites mais aussi dans les lanceurs. « Dans un cas, c'est le gain de masse qui est visé, dans l'autre un compromis capacité/puissance plus adapté », indique Pierre Fessler, de Sevil et de Levisys.com (cf. dossier joint).

Pour l'instant, le marché est surtout demandeur de faibles constantes de temps. C'est ce qui convient aux fabricants d'alimentations sans coupure notamment. L'un d'eux, Socomec, vient de lancer, en partenariat avec le fournisseur de volants Pentadyne, un équipement baptisé VSS+DC qui s'avère capable d'alimenter un onduleur au même titre qu'un accumulateur classique. « L'écologie, la fiabilité et la rentabilité en plus », assure Pascal Kim, directeur général de Socomec Sicon UPS. Selon ce constructeur, le directeur informatique qui choisirait cette solution plutôt que des accumulateurs au plomb rentrerait dans ses frais en quatre ans.

Dans le détail, Socomec met en avant une maintenance et une surveillance très réduites, l'absence de ventilation, une durée de vie de vingt ans (contre quatre) ainsi qu'un rendement record de 99,8 %. Autre point non négligeable, le volant est capable de se recharger à 100 % en 20 secondes chrono alors que des batteries mettront huit heures pour remonter à 80% de charge. De ce point de vue, effectivement, il n'y a pas photo.

Source : http://www.usinenouvelle.com/article/l-energie-chere-relance-le-stockage-electrocinetique.N53144

Voir également la pièce jointe : http://www.mp-i.fr/wp-content/uploads/2013/12/Levisys.pdf

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