Stockage d'énergie par volant d’inertie

   Cette roue de taille et de masse importante confère au système
une grande inertie en rotation - Crédit : Rajesh Dhawan

Longtemps utilisé pour la régulation des machines à vapeur, le principe du volant d'inertie permet aujourd'hui de stocker temporairement l'énergie sous forme de rotation mécanique.

Le stockage d'énergie par volant d'inertie ou système inertiel de stockage d'énergie (SISE) est utilisé dans de nombreux domaines : régulation de fréquence, lissage de la production éolienne et solaire, stockage et restitution de l'énergie de freinage des véhicules...

Fonctionnement d'un système de stockage inertiel par volant d'inertie

Une unité de stockage inertiel de 25 kWh  - Crédit : Beacon Power

Un volant d'inertie moderne est constitué d'une masse (anneau ou tube) en fibre de carbone entraînée par un moteur électrique.

L'apport d'énergie électrique permet de faire tourner la masse à des vitesses très élevées (entre 8000 et 16000 tour/min pour le modèle ci-contre) en quelques minutes. Une fois lancée, la masse continue à tourner, même si plus aucun courant ne l’alimente.

L'énergie est alors stockée dans le volant d’inertie sous forme d’énergie cinétique, elle pourra ensuite être restituée instantanément en utilisant le moteur comme génératrice électrique, entraînant la baisse de la vitesse de rotation du volant d'inertie. 

Le système est monté sur roulements magnétiques et confiné sous vide dans une enceinte de protection afin d'optimiser le rendement du dispositif (temps de rotation) et ainsi prolonger la durée de stockage.

Avantages :

Haut rendement (environ 80% de l'énergie absorbée pourra être restituée)

Phase de stockage très rapide par rapport à une batterie électrochimique

Temps de réponse très court, permet de réguler la fréquence du réseau

Aucune pollution : ni combustible fossile, ni produits chimiques

Technologie fiable, peu d'entretien

Inconvénients :

Temps de stockage limité (environ 15 minutes).
Le stockage d'énergie par volant d'inertie est utile pour la régulation et l'optimisation énergétique d'un système, il ne permet pas d'obtenir une durée d'autonomie importante comme les batteries électrochimiques ou le stockage d'énergie par pompage/turbinage.

Différentes applications du stockage d'énergie par volant d'inertie

Centrale de régulation électrique à stockage inertiel de Stephentown (état de New York - USA)

Centrale de 20MW comprenant 200 volants à inertie
Crédit : Beacon Power

Réalisée par la société américaine Beacon Power, cette centrale de 20MW fonctionne en continu en stockant et restituant de l'énergie dans le réseau grâce à 200 volants inertiels.

La centrale peut répondre en quelques secondes afin de fournir environ 10% de l'ensemble des besoins de régulation de fréquence de la ville de New York.

Enfin, ce type de centrale est évolutif, de nouveaux volants d'inertie peuvent y être facilement raccordés pour accroître sa puissance.

Récupération de l'énergie de freinage du métro (Rennes Métropole - France)

Le système de stockage par volant d'inertie permet
d'économiser 25000€ d'électricité chaque année.
crédit : Rennes Métropole / Keolis Rennes

Le métro de Rennes Métropole parcourt chaque jour plus de 7200 km et transporte 115000 voyageurs, il consomme en moyenne  21000 kwh quotidiennement.

Auparavant l’énergie créée par le freinage des 24 rames du métro se dissipait dans le tunnel ou dans des résistances sous forme de chaleur.
Désormais, un système centralisé de récupération de l'énergie de freinage a été créé au niveau de la station Gares.
Placé au centre de la ligne, le système accumule de l’énergie provenant des freinages des 24 rames grâce à un volant d'inertie d'une masse tournante de 2,5 tonnes. L'énergie récupérée est ensuite restituer en fonction des besoins de la ligne.

Ce système permet de récupérer 230000 kwh par an soit 11 jours de consommation électrique du métro.

Développé par la société Keolis qui exploite le métro, le projet d'un coût global de 260000€ HT a été financé par Rennes Métropole. Les différentes opérations menées pour économiser de l'énergie dans le métro de Rennes Métropole permettent d'économiser l’équivalent de la consommation électrique 150 foyers par an.

Les STEP, stockage d'énergie par pompage turbinage

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