Chapitre 3 - Module-Stockage Des Énergies
Chapitre 3 - Module-Stockage Des Énergies
Chapitre 3 - Module-Stockage Des Énergies
Chapitre 3 :
Stockage inertiel.
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𝟏
et 𝐄𝐤 = 𝟐 𝐈 ⋅ 𝛚𝟐 (2)
et 𝐈 = 𝐫𝟐 ' 𝐦 (3)
𝟏 𝟏
Ainsi (2) et (3) permettent d’avoir: 𝐞𝐦 = 𝟐 𝐫 𝟐 . 𝐦 ⋅ 𝛚𝟐 = 𝟐 𝛎𝟐 (4)
𝟐𝐊 . 𝛔𝐦𝐚𝐱
𝛎𝐦 =
𝛒
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Exercice
On aimerait calculer l’énergie cinétique d’un cylindre de cuivre
de 3 m de rayon et de 2 m de hauteur qui tourne autour de son
axe de symétrie à 500 tours par minutes.
(Le cuivre a une masse volumique ρ de 8900 kg/m3).
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𝟐𝐊 . 𝛔𝐦𝐚𝐱
𝛎𝐦 =
𝛒
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Volant d’Inertie
➢ Un volant d’inertie est un système de STOCKAGE D’ENERGIE sous forme
d’énergie cinétique de rotation. Il est constitué d’une masse, la plupart du temps
d’un cylindre creux ou plein (mais d’autres formes sont possibles). Cette masse est
mise en rotation autour d’un axe, fixe en général, et enfermée dans une enceinte de
protection. Elle est reliée à un moteur/générateur électrique qui permet de convertir
l’énergie cinétique en électricité et inversement.
L’apport d’énergie électrique permet de faire tourner la masse à des vitesses très
élevées (entre 8000 et 16000 tours/min comme l’exemple qui suivra) en quelques
minutes. Une fois lancée, la masse continue à tourner, même s’il n’y a aucun
courant qui l’alimente.
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Volant d’Inertie
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Composantes :
Volant
Moteur/Générateur
Electronique de puissance
Paliers magnétiques
Inducteur externe
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Il existe deux typologies de volants d’inertie, dont l’une joue sur la masse, l’autre sur la vitesse :
• Les volants d’inertie basse vitesse : ce sont les systèmes les plus matures, ils mettent en jeu des
masses importantes dans des matériaux lourds type acier. Leur vitesse de rotation est inférieure
à 10000 tr/min.
• Les volants d’inertie haute vitesse : ils utilisent des matériaux plus légers type fibre de carbone
ou de verre. Ils ont des vitesses de rotation pouvant aller jusqu’à 50000 tr/min.
𝟐𝐊 . 𝛔𝐦𝐚𝐱
𝛎𝐦 =
𝛒
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3. Paliers magnétiques
• Les paliers magnétiques sont constituées d’aimants
permanents, qui supportent le poids du volant moteur par des
forces répulsives. Les électroaimants sont utilisés pour stabiliser
le volant.
• Le palier le plus performant est à base de supraconducteurs
haute température (HTS), qui peut situer automatiquement le
volant sans avoir besoin d'électricité ou de système de contrôle de
positionnement.
• Les aimants supraconducteurs HTS demandent un système
de refroidissement (cryogénie) jusqu’à la température de l’azote
liquide.
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Quelques chiffres
L’AIE (Agence Internationale de l’Energie) estime les coûts d’investissement d’un volant
d’inertie entre 1 000 et 4 500 $/kWh.
Ce coût initial est élevé par rapport à d’autres technologies (le prix des batteries au
lithium est estimé entre 500 et 2 300 $/kWh). Il est néanmoins compensé par des coûts de
maintenance très faibles et par une durée de vie très importante.
L’utilisation des volants d’inertie est mondiale :
➢Une centrale de 5 MW dédiée au lissage de la production électrique d’éoliennes a été
construite au Canada, en Ontario ;
➢L’aéroport de Mexico City est équipé d’un système d’alimentation sans coupure
utilisant des volants d’inertie ;
➢L’île de Kodiak, en Alaska, en est également équipée afin de stabiliser ce réseau isolé ;
➢Le métro de Rennes utilise un volant d’une masse de 2,5 tonnes. Il permet, en
récupérant l’énergie pendant les phases de freinage (alors qu’elle était précédemment
dissipée sous forme de chaleur) de la restituer pendant les phases d’accélération, et ainsi
d’économiser environ 230 MWh/an.
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