Systèmes chimiques/thermiques
Bien que le stockage de l’hydrogène liquide puisse fournir des véhicules à haute performance et à faible coût, les considérations de sécurité empêcheront probablement une utilisation généralisée.
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Le stockage par hydrure métallique est comparable aux systèmes de batterie avancés, mais la disponibilité et le coût de l’hydrogène sont des obstacles majeurs.
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Le stockage thermique est un système exploratoire qui peut être comparable aux véhicules à batterie avancée ; cependant, la sécurité, les moyens de recharge thermique et le développement du moteur Stirling sont des problèmes clés.
La deuxième présentation sur les mécanismes de stockage d’énergie utilisés pour le transport a été faite par le professeur Robert McAlevy du Stevens Institute of Technology. Il a commencé par noter que les véhicules automobiles ont été propulsés presque exclusivement par des carburants dérivés du pétrole au cours des 60 dernières années. Aujourd’hui, cependant, en raison des incertitudes sur les sources étrangères de pétrole et de l’augmentation rapide des prix, il faut développer une alternative viable aux véhicules fonctionnant au pétrole.
Une alternative est une catégorie de véhicules qui utilise des dispositifs de stockage d’énergie embarqués contenant de l’énergie dérivée de sources non pétrolières. Les exemples de tels véhicules comprennent les véhicules électriques, les véhicules à hydrogène et les véhicules à volant d’inertie. Un modèle analytique simple a été développé et appliqué avec succès pour évaluer ces véhicules alternatifs.
Le modèle permet de relier la masse totale et la consommation d’énergie du véhicule, au moyen d’équations algébriques linéaires, aux caractéristiques des composants et des performances du véhicule. Ces équations ont été utilisées pour projeter la masse et la consommation d’énergie des véhicules alternatifs dans des délais futurs, ainsi que pour prévoir l’impact de l’ajout d’un volant d’inertie sur la masse totale et la consommation d’énergie du véhicule. Les résultats du modèle peuvent fournir une base rationnelle pour les investissements en recherche et développement et d’autres analyses politiques liées à l’avancement des véhicules alternatifs.
Le Dr Ronald Smelt, ancien chef scientifique de Lockheed Aircraft Co, a discuté de l’impact de la crise énergétique sur l’industrie automobile du point de vue d’un constructeur automobile. Dans le contexte de l’offre et de la demande internationales d’automobiles, la question importante pour évaluer la pénétration du marché du véhicule électrique est de savoir quels pays passeront en premier du pétrole aux sources d’énergie alternatives. Une question secondaire est de savoir quels carburants alternatifs seront utilisés.
Spéculant sur la base de l’expérience passée, le Dr Smelt a conclu que, premièrement, il doit y avoir un fort besoin (par exemple, une pénurie de pétrole). Deuxièmement, le pays doit avoir la capacité de produire et d’utiliser la technologie. Troisièmement, les habitants du pays ne doivent pas avoir besoin de parcourir de longues distances.
Les membres du panel ont convenu, lors d’une discussion suivant la présentation du Dr Smelt, que son approche était utile pour identifier les paramètres à prendre en compte pour évaluer la pénétration du marché. Le Dr Smelt a noté que les modélisateurs ont tendance à concentrer leur attention sur les États-Unis. Cependant, les États-Unis seront très probablement le dernier pays à passer à l’utilisation généralisée des véhicules électriques en raison des possibilités offertes par les carburants synthétiques dérivés du charbon, du schiste et de la biomasse.
Le Dr Joseph Asbury, de l’Argonne National Laboratory, a ensuite présenté un exposé sur les mécanismes de stockage d’énergie pour les bâtiments. Les travaux récents du groupe d’évaluation du stockage d’Argonne se sont concentrés sur l’évaluation des technologies de chauffage et de refroidissement à stockage électrique, y compris le chauffage à stockage électrique, le système de chauffage bivalent (par exemple, huile, électrique), les pompes à chaleur électriques et les systèmes d’énergie solaire. Le coût total de la fourniture de services de chauffage et de refroidissement des locaux avec des systèmes de stockage d’énergie thermique a été comparé au coût de la fourniture de ces services avec des technologies concurrentes.
Reconnaissant que l’énergie électrique n’est pas tarifée au véritable coût marginal, Argonne a conçu une méthode de calcul du coût de l’électricité afin de déterminer le coût total du service. Dans l’approche par étude de cas de ce problème, le modèle de répartition des coûts SIMSTOR de l’Argonne a été utilisé pour estimer les coûts d’approvisionnement des services publics dans les zones de service à travers le pays. L’analyse de deux zones de service public (la région du Nord-Est, approvisionnée par un service public d’électricité dont la charge de pointe se produit pendant la saison de chauffage d’hiver, et la région de l’Atlantique moyen, desservie par un service public qui parle l’été) a indiqué que le stockage et les systèmes bivalents sont les technologies les plus efficaces dans la zone de service qui parle l’hiver, et que la pompe à chaleur combinée au stockage est la technologie la moins coûteuse dans la zone de service approvisionnée par le service public qui parle l’été (voir les figures MA.1 et MA. 2). Le coût de la fourniture d’énergie comprend les coûts du service public et de la bicarburation. Pour évaluer les unités de capital de manière cohérente des deux côtés du compteur électrique, les coûts annualisés du client sont calculés sur la base du même taux de récupération du capital utilisé pour le service public d’électricité.
Exhibit MA.1. Coût annualisé pour différentes technologies de chauffage et de climatisation – zone de service de l’hiver-Peaking (coût du service public des deux côtés du compteur)
Exhibit MA. 2. Coût annualisé de différentes technologies de chauffage et de refroidissement – zone de service de pointe en été (coûts des services publics des deux côtés du compteur)
Le Dr Asbury a également brièvement discuté des travaux d’Argonne sur le stockage saisonnier pour le chauffage à 100 % des bâtiments et la disponibilité solaire pour le chauffage des locaux.
Le Dr Heinz Pfeiffer de la Pennsylvania Power and Light Company a présenté son document évaluant les systèmes de stockage d’énergie pour les services publics d’électricité. Il a noté que l’industrie des services publics d’électricité représente un grand marché potentiel pour les systèmes de stockage avancés appropriés. Ces systèmes, correctement dimensionnés pour des cycles de stockage quotidiens ou hebdomadaires, pourraient être des alternatives aux unités de production primaire pour les modes de production de pointe ou intermédiaires. Les installations peuvent être réalisées sur des sites de production centraux ou, dans le cas d’unités dispersées, sur des réseaux de transmission et de distribution ou sur le site du client. Dans l’ensemble, si des technologies de stockage appropriées peuvent être développées et démontrées, jusqu’à 10 pour cent de l’équipement de production primaire installé dont les services publics d’électricité auront besoin au cours de la période 1985-95 pourraient être remplacés par des systèmes de stockage.
Les capacités de stockage d’intérêt potentiel iront de 15 MW pour les installations de sous-stations dispersées à plusieurs milliers de MW pour les grandes stations centrales. Les unités auront besoin de durées de stockage allant de 2 heures à 2 jours et devront fonctionner sur des rapports de temps de charge/décharge de 0,2 à 2,4. De telles plages de paramètres d’exploitation offriront une grande latitude pour les innovations technologiques.
Une latitude bien moindre peut cependant être disponible lorsque les paramètres opérationnels sont pris en compte. Les concepts de dispositifs de stockage ne sont pas susceptibles d’être sérieusement pris en considération à moins que les futures exigences de revenus pour couvrir leurs coûts soient inférieures à celles pour fournir un service comparable à partir d’un équipement de production primaire. Dans la mesure où les économies globales résultant des réductions du coût des combustibles s’accompagnent d’investissements initiaux plus élevés, il est probable qu’il faudra beaucoup plus qu’un avantage de coût d’équilibre pour la considération favorable des systèmes de stockage en raison des problèmes d’acquisition de capital des services publics.
Les avantages potentiels des systèmes de stockage des services publics sont suffisamment importants pour justifier un programme de recherche et de développement visant à clarifier certaines des incertitudes opérationnelles concernant leur utilisation. Un tel programme devrait inclure :
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Établir des modèles quantitatifs des effets et des avantages des niveaux de capacité de stockage sur la fiabilité du service et les combinaisons optimales de production et les marges de réserve. Ces modèles devraient intégrer des projections détaillées de la demande pour la période postérieure à 1990, reflétant les changements probables des caractéristiques de la charge des services publics.
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Développer les avantages du stockage dispersé en fonction des caractéristiques géographiques, de l’utilisation des terres et de la demande des services publics. Cette étude devrait se faire sur une base régionale plutôt que sur une base nationale moyenne.
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Établir les interactions possibles entre le stockage, le contrôle de la charge et les entités plus lourdes entre des zones présentant des caractéristiques de charge différentes.
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Relier le stockage dispersé à la production dispersée et aux systèmes énergétiques totaux.
Parallèlement à ces études, il est nécessaire de soutenir la recherche et le développement de concepts de stockage prometteurs afin d’assurer la disponibilité en temps opportun d’options de stockage pour les services publics avec une large gamme de caractéristiques de fonctionnement.
Le Dr Charles Johnson de l’Université du Maryland a ensuite présenté son document sur l’établissement de priorités pour les projets de recherche, ce qui pose un problème difficile pour les planificateurs du gouvernement et des entreprises. L’incertitude extrême et les besoins d’information substantiels rendent difficile l’application des approches traditionnelles d’optimisation et de portefeuille dans la sélection d’un ensemble de projets. L’Université du Maryland a développé et appliqué une technique de priorisation à un problème type de recherche sur le stockage de l’énergie.
D’abord, on construit une structure hiérarchique constituée d’un objectif global et de plusieurs sous-objectifs ordonnés. A tous les niveaux de la hiérarchie, chaque paire d’éléments est comparée à l’élément auquel elle contribue. Les comparaisons peuvent être basées sur des preuves expérimentales, des exercices de modélisation, l’opinion d’experts ou de gestionnaires, et les préférences de la société. Les comparaisons sont ensuite résumées dans une matrice carrée indiquant les rapports impliqués. Les vecteurs de poids sont déduits de cette matrice et agrégés pour établir les valeurs finales, qui sont utilisées pour classer les alternatives.
Un exemple de hiérarchie a été construit pour comparer huit types de batteries proposés pour une utilisation dans les transports. Les principales considérations pour ce classement étaient les performances électriques, les aspects environnementaux et de sécurité, les coûts et délais de développement, et les aspects de marché. Pour la construction finale, des suggestions ont été sollicitées auprès des utilisateurs et des responsables de programmes du DOE.