L’intermittence des énergies renouvelables accentue largement le besoin de méthodes de stockage efficaces. Bien que plusieurs technologies soient disponibles, la vedette est principalement attribuée aux batteries. Le stockage par air comprimé, aussi appelé CAES (pour « compressed air energy storage » en anglais) fait partie des solutions peu courantes, et il l’est encore moins en étant associé avec des panneaux photovoltaïques flottants, comme dans ce nouveau système conçu par des chercheurs égyptiens et britanniques.

Ces scientifiques ont imaginé une configuration combinant une centrale solaire « partiellement flottante » et un stockage à air comprimé diabatique. Ils ont proposé cette solution dans le cadre du projet d’approvisionnement en électricité bas-carbone de certaines zones rurales dans le nord de l’Égypte. La particularité du CAES utilisé est l’intégration d’un système de stockage thermique visant à optimiser son efficacité. Contrairement à ce que vous l’aurez peut-être pensé, ce dernier ne sert pas à récupérer la chaleur résiduelle. Il limite plutôt le gaspillage d’énergie en stockant le surplus d’électricité que le CAES ne peut pas emmagasiner. Voici comment tout cela fonctionne.

Une centrale partiellement flottante

Pour mener leur étude, les chercheurs ont conçu une centrale de production pilote composée de 13 panneaux polycristallins d’une puissance de 5 kilowatts (kW), montés sur une plateforme semi-submersible. Les modules sont en contact permanent avec l’eau. Une partie de leur surface est même immergée, ce qui explique pourquoi ils sont décrits comme « partiellement flottants ». Cette disposition un peu particulière des modules vise à optimiser leur refroidissement naturel. De plus, en équilibrant correctement la surface immergée et celle à l’air libre, il serait possible de diminuer la température de fonctionnement des panneaux solaires, augmentant ainsi leur performance.

Afin d’optimiser la production, la plateforme flottante est capable d’ajuster automatiquement l’angle des modules pour suivre le trajet du soleil, et peut également modifier la quantité de surface immergée en ajustant le tirant d’eau. D’ailleurs, en cas de conditions météorologiques extrêmes, elle est même capable d’immerger complètement tous les modules pour les protéger.

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Un système de stockage hybride combinant CAES et stockage thermique

Pour rappel, un CAES stocke l’énergie en comprimant de l’air. Pendant la phase de « charge », l’électricité excédentaire actionne deux compresseurs d’air. Le fluide, après avoir été refroidi via un échangeur de chaleur, est alors stocké sous haute pression dans quatre réservoirs en acier installés à chaque coin de la plateforme flottante.

Le CAES utilisé ici est de type « diabatique », un système où la chaleur produite pendant la compression est perdue via un processus de refroidissement. Il existe d’autres technologies, notamment le CAES « adiabatique », qui récupère cette chaleur, et le CAES « isotherme », qui minimise la perte thermique, mais ces alternatives n’étaient pas jugées économiquement viables pour le projet. Pour compenser la perte, l’équipe a ainsi introduit un système de stockage thermique utilisant un réservoir d’eau. Ce dernier est chauffé par un chauffe-eau électrique alimenté par une partie de l’électricité solaire produite. Et lorsque l’énergie excédentaire dépasse ou ne suffit pas aux besoins des compresseurs, elle est alors stockée sous forme thermique.

Lors de la phase de « décharge », l’air stocké sous pression est libéré des réservoirs. Il passe d’abord par le réservoir d’eau chaude pour se réchauffer avant de parvenir au détendeur. Il est ensuite dirigé vers une turbine qui entraîne un alternateur. Le réservoir d’eau chaude fonctionne ainsi comme un échangeur de chaleur. L’ensemble du système est contrôlé par un logiciel de gestion des flux énergétiques développé par l’équipe. Pour ce qui est du rendement, les auteurs de l’étude annoncent une efficacité aller-retour de 34,1 %.