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Voss : stocker l’énergie solaire, c’est facile ! © Crédit photo : Voss/Olivier Fournier

Voss : stocker l’énergie solaire, c’est facile !

Pour lisser la production d’une centrale solaire sur 24 heures, il faut stocker l’électricité la nuit. Solution classique : les batteries. Alternative connue : des volants d’inertie. Les premières sont coûteuses et les seconds… aussi. Energiestro, spécialiste du domaine depuis 15 ans, bouleverse la donne avec du béton, divisant par dix le coût de stockage. Voici donc Voss, pour Volant de stockage solaire, invention récompensée par un prix EDF Pulse 2015. André Gennesseaux nous l’explique.


André Gennesseaux. Ingénieur des Arts et Métiers. Fondateur d’Energiestro avec sa femme Anne, auparavant chercheur chez Total. © EDF/Grégory Brandel


Quel est l’intérêt d’un volant d’inertie ?

André Gennesseaux : Pour l’énergie solaire, c’est de stocker l’électricité produite de jour pour qu’elle soit disponible la nuit. Le jour, une partie de l’électricité entraîne un moteur qui met une masse en rotation. La nuit, cette masse tournante entraîne un alternateur qui produit du courant. Par rapport à des batteries ou à la production d’hydrogène, le volant apporte un coût bien plus faible, à l’achat et à l’entretien, et un bon rendement à l’échelle des heures. Nous y travaillons depuis 2001. Nous avons mis au point un groupe électrogène hybride avec un volant d’inertie en acier, mais le coût final reste encore trop élevé. Alors nous avons pensé au béton, un matériau très bon marché. Avec Voss, nous arrivons à un coût de 1 à 2 centimes par kilowatt-heure, contre environ 10 centimes avec des batteries. De plus, l’entretien ne coûte à peu près rien et la durée de vie est presque infinie.

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Schéma du Voss. Le cylindre de béton est porté par un palier magnétique (en bas) et tourne dans une enceinte dans laquelle la pression d’air est descendue très bas. En haut, un moteur-alternateur l’entraîne durant les périodes de production d’énergie et génère de l’électricité le reste du temps. Il existe plusieurs modèles. Le plus petit, d’un diamètre de 80 cm et d’une masse de 1,7 tonne, stocke 5 kWh. Le plus gros (1,60 m, 16,6 tonnes) a une capacité de 50 kWh. © Energiestro

L’idée est simple. Pourquoi personne ne l’avait eue ?

Parce que ce n’est pas si simple… Le béton a une résistance excellente en compression. On peut poser un immeuble sur des fondations. Mais il est très mauvais en traction. Dans un volant d’inertie, la force centrifuge le désagrègerait. Il a fallu trouver une formule spéciale. Nous avons travaillé avec des spécialistes de ce matériau, notamment grâce au Cerib (Centre d’études et de recherches de l’industrie du béton). Des fibres, à l’intérieur, le maintiennent en compression et nous avons ajusté la vitesse de rotation pour qu’il ne travaille jamais en traction. Il a fallu aussi optimiser le rendement, en travaillant à plusieurs niveaux : les frottements autour de la masse tournante, la conception du moteur-alternateur, etc. Nous arrivons à ce que nous voulions : un rendement total entre 80 et 90 %, une autonomie d’une nuit et un coût d’exploitation très faible. Après les tests réalisés, des volants ayant effectué 100.000 cycles sont comme neufs, alors qu’une batterie tient 3.000 cycles…

Le volant d’inertie : une bonne solution pour stocker l’électricité

Le principe d’un volant d’inertie est de mettre en rotation une masse suffisamment lourde qui conservera longtemps ce mouvement, tant que les frottements n’en auront pas eu raison. Il est utilisé en mécanique dans de nombreux domaines et sous différentes formes. Dans le cas présent, c’est un courant électrique qui, par l’intermédiaire d’un moteur, génère ce mouvement rotatif. Pour récupérer cette énergie, il suffit de solidariser mécaniquement un alternateur. En tournant, celui-ci produira du courant. Les problèmes pratiques sont nombreux. Il faut : réduire les frottements au minimum (d’où l’enceinte sous vide et le palier magnétique de Voss), disposer d’une masse la plus importante possible et assurer un bon rendement. En retirant l’air de l’enceinte, on supprime quasiment le refroidissement des parties chauffantes du moteur. Energiestro a résolu ce problème en plaçant celles-ci (les bobinages) du côté du stator (ce qui est fixe), lequel est installé en dehors de l’enceinte. Moteur et alternateur sont confondus dans le même appareil, qui assure les deux fonctions en tournant dans un sens ou dans l’autre. La « perte à vide », quand le volant tourne à faible vitesse, devient à peu près nulle, contrairement aux systèmes classiques. Le résultat est un bon rendement : 80 à 90 % entre l’électricité introduite et celle récupérée.  

Où et quand pourra-t-on trouver des Voss ?

Les particuliers sont déjà demandeurs même si le dispositif est assez massif (1,7 tonne pour le modèle plus petit). Et c’est une grosse demande à l’échelle de la planète. De plus en plus, les opérateurs de réseaux électriques demandent aux producteurs d’énergie renouvelable, comme le solaire, de fournir en continu, donc de lisser la production. En somme, la centrale solaire ou le champ d’éoliennes devraient, idéalement, se comporter comme une centrale classique. Et dans les pays en développement, les réseaux ne couvrent pas tout le territoire. 


Des unités de stockage permettraient d’électrifier des régions entières avec des sources d’énergies renouvelables. Dans ces pays, c’est un problème aussi pour les opérateurs de télécommunication, dont 80 % des installations GSM ne sont raccordées à aucun réseau électrique. C’est le cas d’autres installations isolées, comme dans l’industrie minière. Il faut alors des groupes électrogènes et des batteries, voire des stockages sous forme d’hydrogène liquide. Tout cela est très coûteux, en prix d’achat et en coût de maintenance. Le volant d’inertie est une bonne solution, à condition que le prix soit suffisamment bas. Le système Voss est actuellement en cours de test pour valider un prototype sur une durée d’une année. La commercialisation pourra commencer dans deux ans.

L’utilisation typique de ces volants d’inertie, à faible coût et sans entretien, serait un stockage quotidien dans une centrale solaire, installée dans un lieu isolé, assurant une production d’électricité continue. © Voss/Olivier Fournier

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