Stockage du surplus d'énergie
P.158-159
OBJECTIF BAC
Thème 2 : Le futur des énergies
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Préparation aux évaluations communes
Sujet avec coups de pouce
Exercice 2
Stockage du surplus d'énergie
Exercice 2
Le développement des énergies renouvelables (EnR), incontournable à moyen terme, est encore freiné par des problèmes intrinsèques comme une production localisée et irrégulière dans le temps. L’acheminement de l’énergie doit se faire sur les zones de consommation et nécessite des dispositifs de stockage pour pallier la production intermittente.
Doc. 1Besoins énergétiques
Doc. 1
Aujourd’hui, chaque habitant en France consomme en moyenne une puissance de kW avec une densité de population de 120 habitants/km2. Le choix d’exploiter les ressources renouvelables d’énergie pour répondre à ces besoins implique de pouvoir calculer les apports de chacune de ces sources. Pour cela, on détermine le flux d’énergie moyen par unité de surface pour chaque source d’énergie en W.m : le solaire W.m, l’éolien à W.m, la biomasse W.m, la géothermie W.m et l’hydroélectrique W.m. En tenant compte de la variation de l’ensoleillement moyen suivant les saisons, on peut évaluer qu’il faudrait stocker pendant l’été 20 % de l’énergie totale pour pouvoir passer l’hiver.
Doc. 2Piles à hydrogène
Doc. 2
Doc. 3La plateforme MYRTE : l’énergie solaire à la demande
Doc. 3
La plateforme MYRTE (Mission hydrogène renouvelable pour l’intégration au réseau électrique) est un projet expérimental de stockage de dihydrogène installé depuis 2012 en Corse sur le site de Vignola près d'Ajaccio. Il s’agit de la plus importante installation au monde de gestion d’énergie via le dihydrogène couplé à un champ photovoltaïque. Elle est constituée de 3 700 m2 de panneaux solaires. Elle met en œuvre le déploiement du stockage de l’énergie photovoltaïque via le dihydrogène. Cette plateforme permet de stocker l’énergie produite via un électrolyseur qui trans- forme l’eau en dihydrogène et dioxygène (pendant les heures creuses). Elle est ensuite utilisée au sein d’une pile à combustible de 100 kW pour restituer de l’énergie électrique. Lors de pics de consommation, ce système fournit ainsi cette énergie stockée et peut également lisser la production de la centrale photovoltaïque. Le rendement global de l’installation est de l’ordre de 40 %.
Doc. 4Réactions dans l'ENE-FARM
Doc. 4
Doc. 5L’ENE-FARM au Japon, pile à combustible résidentielle
Doc. 5
Les piles à hydrogène (ou piles à combustible) résidentielles sont une réalité physique au Japon depuis 2009. En effet, l’ENE-FARM est un système de cogénération de piles à combustible résidentielles. Cette installation est capable de fournir de l’électricité et de la chaleur à partir de réactions chimiques décrites ci-dessous avec un rendement global de 94 %.
Les prévisions de vente de ces installations indiquées ci-dessus s’expliquent par l'amélioration des performances de ces systèmes, la diminution des coûts, mais également par des avantages supplémentaires de connexion via les smartphones.
Données
1,25 L de pétrole possède une masse de 1,0 kg et sa combustion libère une énergie de 40 MJ soit 11 kW⋅h.
Questions
1. En supposant que l’on utilise l’énergie solaire comme seule source pour satisfaire les besoins énergétiques de la France, calculer la surface de panneaux photovoltaïques nécessaire aux besoins d’un Français.2.
a. Calculer la valeur de l’énergie solaire qu’un Français devrait stocker pendant l’été pour couvrir ses besoins en hiver.
b. En déduire le volume de pétrole qui contiendrait cette énergie stockée pendant l’hiver.
3. Identifier, parmi les utilisations du Doc. 2 (⇧) celles des piles à combustible de la plateforme MYRTE.
4. Répondre à la question 3. pour l’ENE-FARM.
5. En supposant que la production des panneaux photovoltaïques de la plateforme MYRTE est de 700 MW⋅h sur un an, et qu’un tiers de cette production électrique est modulée par la chaîne de stockage à dihydrogène, calculer, sur un an :
a. l’énergie électrique délivrée au réseau par les panneaux photovoltaïques ;
b. l’énergie électrique fournie au réseau par les piles à combustible ;
c. l’énergie électrique totale fournie au réseau par la plateforme.
6. Donner les équations des réactions chimiques ayant lieu dans l’ENE-FARM.
7. Donner quelques exemples de fonctionnalités des apports de l’ENE-FARM.
Coups de pouce
1. Question 2. D’après le doc. 1, les besoins d’un Français sont de 5,1 kW et le flux solaire de 25 W⋅m-2.
2. Question 2. a. Calculer d’abord l’énergie totale utilisée chaque année, puis penser que 20 % de cette énergie doivent être stockés.
3. Question 2. b. Exprimer les énergies dans la même unité et utiliser la proportionnalité.
4. Question 5. a. Si un tiers de la production élec- trique est modulée par la chaîne de stockage, cela signifie que cette partie est stockée donc non délivrée par les panneaux photovoltaïques.
5. Question 5. b. Seuls 40 % de l’énergie stockée dans les piles à combustible est fournie ensuite au réseau.
6. Question 6. Les atomes se conservent lors d’une transformation chimique.
2. Question 2. a. Calculer d’abord l’énergie totale utilisée chaque année, puis penser que 20 % de cette énergie doivent être stockés.
3. Question 2. b. Exprimer les énergies dans la même unité et utiliser la proportionnalité.
4. Question 5. a. Si un tiers de la production élec- trique est modulée par la chaîne de stockage, cela signifie que cette partie est stockée donc non délivrée par les panneaux photovoltaïques.
5. Question 5. b. Seuls 40 % de l’énergie stockée dans les piles à combustible est fournie ensuite au réseau.
6. Question 6. Les atomes se conservent lors d’une transformation chimique.
Ressource complémentaire
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