Stockage Inertiel

Revue 3EI n°48, mars 2007, pp. 18-29

Le stockage inertiel électromécanique

H. BEN AHMED (*), B. MULTON (*), N. BERNARD (**), C. KERZREHO (*)

(*) ENS Cachan – Antenne de Bretagne – SATIE-CNRS, (**) IUT Saint-Nazaire

1. Introduction

Tout d’abord l’énergie cinétique est souvent une énergie

subie dans les systèmes en mouvement. Cette énergie

intervient dans le dimensionnement, par exemple, des

systèmes de freinage ou encore, si cela est autorisé, de

récupération. A titre d’exemple, la translation d’une

masse M=2000 kg à une vitesse de 100 km/h (~28 m/s)

correspond à une énergie cinétique « stockée » de

= 2 =

2

W 1 MV c 773 kJ ou encore 2 kWh1,2. Nous

obtenons sensiblement la même quantité d’énergie que

pour un disque de rayon 0.5m, de masse 200 kg et

tournant à une vitesse 2400 tr/min.

Le stockage électromécanique ou inertiel de l’énergie

représente, dans certaines applications et sous certaines

conditions, une alternative intéressante au moyens de

stockage usuels en particulier dans les dispositifs de

production à faible et moyenne puissance. Le stockage

inertiel (FES) se distingue par sa grande capacité au

cyclage (possibilité de 106 cycles3) se traduisant ainsi par

une durée de vie élevée et donc un coût de

1 Correspondance des unités 1kWh=3.6 MJ

2 Rappelons que l’énergie calorifique contenue dans 1 litre d’essence

vaut environ 36 MJ.

3On entend par cycle : une succession de charge et décharge de l’état de

charge maximal au minimal. Mais un cycle, d’une façon générale, en

situation réelle, est toujours beaucoup plus complexe.

fonctionnement relativement faible. On peut également

mentionné un contrôle aisé de la charge et de la décharge,

une bonne connaissance de l’état de charge (image de la

vitesse de rotation) et enfin un recyclage en fin de vie

pouvant être peu coûteux économiquement et

énergétiquement. Le stockage inertiel souffre cependant

d’un certain nombre de handicaps délimitant ainsi son

domaine de prédilection : son coût d’investissement élevé

(sur la base de l’énergie stockée) par rapport aux

solutions « usuelles » de type électrochimique, ses

performances massiques réelles relativement faibles

compte tenu des éléments auxiliaires, enfin les problèmes

inhérents à son principe de fonctionnement que sont les

aspects sécurité et l’effet gyroscopique, particulièrement

restrictifs dans les applications non-stationnaires4.

2. Constituants

Les principaux composants d'un dispositif de stockage

électromécanique inertiel sont schématisés figure 1. On

trouve ainsi en premier lieu le volant : élément principal

de l'accumulation, puis le moteur-générateur, le tout

guidé par des paliers éventuellement magnétiques, un

convertisseur électronique de puissance et une enceinte à

basse pression.

4 Signalons que l’effet gyroscopique peut être globalement compensé

par un système à double volant en anti-rotation. Les efforts gyriscopique

restent appliqués aux guidages mécaniques de chaque volant.

Résumé : Le stockage cinétique ou inertiel est un moyen connu depuis l’antiquité (tours pour poterie).

Il a ensuite été utilisé mécaniquement (transmission mécanique à rapport continûment variable) puis

électriquement (Gyrobus, Yverdon, années 1950) dans le domaine des transports pour réduire les

appels de puissance ou pour éviter les caténaires (recharge rapide en station). Il a également trouvé

des applications électromécaniques dans l’industrie, notamment pour les laminoirs, encore pour lisser

les appels de puissance électrique, mais également pour se prémunir des coupures d’alimentation

électrique de faible durée. Dans la continuité de ces systèmes, les groupes électrogènes à inertie

renforcée constituent des dispositifs à stockage inertiel électromécanique. Un nouvel engouement est

apparu dans les années 1980 pour les automobiles électriques, car l’arrivée à maturité des matériaux

composites (légers et à très haute résistance mécanique) offrait des perspectives très attractives. Les

difficultés liées aux fortes contraintes mécaniques des applications embarquées (effet gyroscopique,

résistance au crash, etc…) ont sévèrement réduit le champ d’applications dans le domaine des

transports. Il semble aujourd’hui que

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