Ce stockage d’énergie innovant combine des volants d’inertie et des batteries

La société suisse Leclanché, spécialiste du stockage par batteries et la néerlandaise S4 Energy qui a notamment développé une expertise dans le stockage par volant d’inertie, se sont associées pour développer un système hybride innovant. Située à Heerhugowaard, dans le nord du pays, l’installation, connectée à un parc éolien voisin, sera utilisée par TenneT pour stabiliser la fréquence du réseau.

Il s’agit déjà du deuxième système hybride de ce type développé par les deux partenaires à la demande de TenneT, le gestionnaire du réseau néerlandais. Il est composé de batteries d’une puissance de 10 MW associées à des volants d’inertie totalisant 3 MW et dont la capacité de stockage est de 9 MWh.

Selon S4 Energy, la startup a déjà commercialisé des machines pour le stockage inertiel d’une puissance cumulée de 19 MW, 6 MW supplémentaires étant en construction.

Le volant d’inertie, un principe ancien

Un volant ou roue d’inertie stocke l’électricité sous forme d’énergie cinétique. Il est constitué d’une masse (la plupart du temps un cylindre), mise en rotation autour d’un axe et enfermée dans une enceinte de protection.

Le principe est très ancien. Dans l’Antiquité, les tours de potier comportaient déjà un plateau en bois permettant de réguler et faciliter le mouvement donné par le pied de l’artisan. Au XIXe siècle, la plupart des machines à vapeur étaient dotées de roues d’inertie, et dans les années 1920, certains tramways belges et suisses abritaient sous leur plancher de lourds disques en fonte de plus d’une tonne leur permettant d’aller d’une station à l’autre sans courant. Le disque était remis en mouvement par connexion au réseau électrique à chaque arrêt.

Une technologie utilisée principalement pour la régulation de fréquence

En phase de stockage, un moteur relié à l’axe convertit l’électricité en énergie cinétique, ce qui augmente la vitesse de rotation de la masse. En phase stationnaire, c’est-à-dire de conservation de l’énergie, la vitesse de rotation de la masse doit être maintenue constante. L’apport d’énergie est alors minime et ne fait que compenser les pertes liées aux frottements. En phase de restitution, le moteur joue le rôle de générateur et convertit l’énergie mécanique en électricité, freinant ainsi la masse.

Si les STEP et les batteries conservent, avec peu de pertes, quasi toute l’énergie pendant la phase stationnaire, ce n’est pas le cas des volants d’inertie qui restent en mouvement. Il y a donc des frottements, synonymes de pertes et d’autodécharge. Dès lors, les volants d’inertie étaient jusqu’ici réservés à des utilisations ne nécessitant que des durées de stockage limitées, de l’ordre de quelques dizaines de minutes.

Le stockage par inertie est donc surtout utilisé pour la régulation de fréquence et le soutien en tension sur les réseaux électriques. La ville de New York par exemple, s’est dotée d’une centrale de puissance modeste (20 MW), mais qui, grâce à 200 volants d’inertie, peut restituer en quelques secondes suffisamment d’énergie pour contribuer à maintenir une alimentation régulière en électricité.

Nouveaux développements

La technologie est aussi appliquée sur des marchés de niche, par exemple pour assurer l’alimentation d’une salle d’opération d’un hôpital ou d’un data center. En cas de coupure du réseau, le stockage inertiel peut intervenir en une fraction de seconde en attendant la mise en route d’autres moyens de production électrique plus puissants, comme un groupe électrogène.

Toutefois, le stockage de l’électricité étant devenu un enjeu stratégique de la transition énergétique, les volants d’inertie font aujourd’hui l’objet de nouveaux développements dans le but d’assurer le lissage de la production des énergies renouvelables.

Différentes solutions ont été mises au point pour minimiser les pertes d’énergie pendant la phase stationnaire : l’utilisation de roulements à bille haute performance, l’enfermement du rotor dans une enceinte sous vide, la suspension magnétique de l’axe, etc.

Pour la masse rotative, de nouveaux matériaux sont aussi mis en œuvre. Auparavant réalisés en fonte ou en acier, ils sont maintenant constitués de fibres de verre ou de carbone, de kevlar, etc.