Ces exemples semblent suggérer que le stockage d’énergie par air comprimé n’a pas de sens en tant que système de stockage d’énergie à petite échelle, même avec une réduction du besoin en énergie. Cependant, peut-être de manière surprenante pour beaucoup, ce n’est pas le cas.
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Cela nous laisse avec deux stratégies low-tech qui peuvent être suivies pour atteindre une capacité de stockage et une efficacité énergétique similaires à celles des batteries au plomb. Premièrement, nous pouvons concevoir des systèmes à basse pression qui minimisent les différences de température pendant la compression et la détente. Deuxièmement, nous pouvons concevoir des systèmes à haute pression dans lesquels la chaleur et le froid de la compression et de la détente sont utilisés pour des applications domestiques.
Petite échelle, haute pression
ces systèmes à petite échelle profitent des différences de température pour permettre la cogénération d’électricité, de chauffage et de refroidissement. La chaleur dissipée lors de la compression est utilisée pour le chauffage résidentiel et la production d’eau chaude, tandis que l’air froid de la détente est utilisé pour le refroidissement des locaux et la réfrigération. Les batteries chimiques ne peuvent pas faire cela.
Dans ces systèmes, le rendement électrique-électrique est très faible. Cependant, il y a maintenant plusieurs rendements à définir, car le système fournit également de la chaleur et du froid. (...) Plusieurs groupes de recherche ont conçu, modélisé et construit des unités cogénératrices de chauffage et d’électricité CAES à petite échelle qui fournissent le chauffage et le refroidissement ainsi que l’électricité. Le système à haute pression avec un volume de stockage de seulement 0,55 m3 que nous avons mentionné précédemment est un exemple de ce type de système. Comme indiqué, son rendement électrique n’est que de 11 à 17%, mais le système génère également suffisamment de chaleur pour produire 270 litres d’eau chaude par jour. Si cette source d’énergie thermique est également prise en compte, le rendement «exergétique» de l’ensemble du système est proche de 70%. Des rendements “exergétiques” similaires peuvent être trouvés dans d’autres études, avec des systèmes fonctionnant à des pressions comprises entre 50 et 200 bars. (...)
Petite échelle, basse pression
La deuxième stratégie pour obtenir des rendements plus élevés et réduire les volumes de stockage est exactement l’opposé de la première. Au lieu de comprimer l’air à une pression élevée et de profiter de la chaleur de la compression et du froid de la détente, une deuxième catégorie de systèmes CAES à petite échelle est basée sur des pressions basses ainsi qu’une compression et une détente «quasi-isothermes».(...)
En dessous de pressions d’air d’environ 10 bars, la compression et la détente de l’air présentent des changements de température insignifiants («quasi-isothermes»), et le rendement du système de stockage d’énergie peut atteindre quasiment 100%. Il n’y a pas de pertes de chaleur et, par conséquent, il n’est pas nécessaire de réchauffer l’air lors de la détente.
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Cet appareil, à faible coût et composé d’un minimum de pièces mobiles, obtient des rendements de 60 à 70% pour une pression de 3 à 7 bars
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Stockage de puissance hors-réseau
Pour avoir une idée de ce que peut donner une bonne combinaison de différents composants, examinons un dernier projet de recherche Il s’agit d’un système à haut rendement basé sur un compresseur/détendeur fait sur mesure, qui est directement couplé à un moteur/générateur à courant continu. Outre ses composants efficaces, ce projet CAES introduit également une configuration innovante. Il n’utilise pas un seul grand réservoir de stockage d’air, mais plusieurs plus petits, qui sont interconnectés et contrôlés par ordinateur.
L’installation se compose de l’unité de compression/détente couplée à trois petits cylindres (7L), précédemment utilisés comme extincteurs, et fonctionnant à basse pression (max. 5 bar)
Une configuration modulaire se traduit par un meilleur rendement du système et une densité énergétique plus élevée, pour principalement deux raisons. Tout d’abord, il permet un transfert de chaleur plus efficace, car chaque réservoir d’air agit comme un échangeur de chaleur supplémentaire. Deuxièmement, il permet un meilleur contrôle de la décharge du réservoir de stockage. Les cylindres peuvent soit être déchargés simultanément pour satisfaire une demande de densité de puissance élevée (plus de puissance au prix d’un temps de décharge plus court), soit être déchargés successivement pour satisfaire une demande de densité d’énergie élevée (temps de décharge plus long au détriment de la puissance maximale).
Ils ont constaté que 57 cylindres interconnectés de 10 litres chacun, fonctionnant à 5 bars, pouvaient remplir le travail de quatre batteries 24 V pendant 20 heures consécutives, tout en ayant un encombrement étonnamment restreint de seulement 0,6 m3.
Fait intéressant, la capacité de stockage est de 410 Wh, ce qui est comparable au système rural de 360 Wh mentionné précédemment, qui nécessite un réservoir de stockage de 18 m3, soit trente fois plus que le système de stockage modulaire.
Le rendement électrique-électrique pour la configuration à 3 cylindres a atteint un pic de 85% à une pression de 3 bars, tandis que le rendement estimé pour la configuration à 57 cylindres est de 75%. Ce sont des valeurs comparables aux batteries lithium-ion, mais l’ajout de réservoirs de stockage ou le fonctionnement à des pressions plus élevées introduit des pertes plus importantes dues à la compression, la chaleur, aux frottements et aux raccords.