Air comprimé et stockage d’énergie : le CAES

Définition du CAES

Innovation : air comprimé & stockage d'énergie

Le « CAES » (de l’anglais Compressed Air Energy Storage) est un système de stockage et de restitution d’énergie sous forme d’air comprimé greffé sur des turbines à gaz. Quitte à abandonner les batteries au lithium, autant s’axer sur les énergies vertes comme le solaire et l’éolienne. Cela vaut doublement le coup quand on sait que leur production varie au gré de la météo. On peut donc stocker le surplus d’énergie lorsque celle-ci abonde et la restituer dans le cas contraire. Cela permet aussi de réguler le prix de l’électricité entre heures creuses et heures pleines.

Où en sommes-nous aujourd’hui ?

Il n’existe que 2 sites opérationnels à ce jour, depuis bientôt 40 ans pour le plus ancien. Celui d’Huntorf, en Allemagne, en fonctionnement depuis 1978 et celui de McIntosh, en Alabama, aux Etats-Unis, depuis 1991. Assez semblable, ils stockent l’air comprimé dans des cavités salines naturelles et sont reliés à une centrale à gaz.

Centrales CAES de McIntosh et Huntorf

Quel est le rôle de l’air comprimé ?

Comme précédemment le stockage de l’air comprimé se fait dans des caves souterraines. Pourquoi pas dans un réservoir me dira-t-on ? C’est à cause de la capacité énorme  nécessaire : au moins une centaine de milliers de mètres cubes (entre 100 et 300 bars). Pour se faire une idée, nous parlons ici de l’équivalent de 33 piscines olympiques.

Équivalence de la cave avec 33 piscines olympiques

Le principe du CAES repose sur l’élasticité de l’air : l’électricité produite par les éoliennes et les panneaux solaires permet à des compresseurs de stocker l’air hautement comprimé sous terre. Lorsque l’on veut récupérer cette énergie potentielle, l’air comprimé est déchargé dans une turbine qui entraînera un alternateur. Cette étape nécessite un combustible pour détendre l’air (généralement du gaz naturel). Du courant est alors produit et est ensuite réinjecté sur le réseau.

Le principe paraît fantastique, il résout nos problèmes de stockage d’énergie de façon peu polluante. Alors pourquoi ne prend-on pas les devants ? Parce que le rendement de ce système n’excède pas 50%. Le problème, c’est que la compression de l’air dégage beaucoup de chaleur qui n’est pas récupérée.

Les CAES adiabatiques et isothermes

Heureusement des procédés sont étudiés pour conserver la chaleur émise lors de la compression de l’air. Cette énergie devrait être récupérée puis réutilisée pour chauffer les turbines en phase d’éjection. Voila ce qu’est un système adiabatique. Il permet d’atteindre un rendement aux alentours des 70%.

 

Schéma de fonctionnement d’un CAES adiabatique

Schéma de fonctionnement d'un CAES


En allant encore plus loin, la dernière innovation est le CAES isotherme. Encore sous la forme d’un prototype, ce processus est appelé ainsi lorsque la température du système est uniforme et constante. Il ne faut donc pas attendre la compression de l’air pour extraire la chaleur. Cela doit se faire au fur et à mesure pour en conserver un maximum. Grâce à cette technique un rendement de 95% (le double des CAES actuels) serait envisageable.

Le stockage de chaleur reste malgré cela un challenge en soi…

Quelles sont les perspectives ?

En Irlande la société Gaelectric, acteur sur la scène des énergies renouvelables, a lancé un projet de CAES dans la ville de Larne. Ce projet est censé généré jusqu’à 330 MW d’énergie pendant 6 heures. Soit le tiers de la production d’une centrale à charbon, grâce à de l’énergie verte et de l’air comprimé. Le projet est intéressant et offre de nouvelles perspectives pour l’énergie de demain. L’Union Européenne a déjà investi plusieurs millions d’euros dans cette centrale et 2 CAES supplémentaires sont en projet. Selon des sources leurs CAES seraient novateurs par rapport à leurs prédécesseurs, mais Gaelectric ne souhaitent pas en dévoiler davantage.

Air comprimé et stockage d’énergie : le CAES
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