Stockage Avancé de l’Énergie (Li, H2, STEP)

Le stockage est la clé de la pénétration massive des énergies renouvelables variables : il déplace l’énergie solaire de midi vers la soirée, stabilise la fréquence des réseaux faibles et permet d’alimenter des mini-réseaux sans groupe diesel. Ce cours de M2 (S3) approfondit les trois grandes familles de stockage à l’échelle des réseaux : les batteries lithium-ion (physico-chimie, modèles, vieillissement, caractérisation), les systèmes BESS de grande capacité (architecture, BMS, sécurité incendie, normes) et le stockage gravitaire par pompage-turbinage (STEP), avant une comparaison technico-économique (LCOS) orientée vers le contexte sahélien : chaleur de 40 à 45 °C, poussière, réseaux NIGELEC faibles, sites isolés, absence de relief marqué au Niger.

Objectifs d’apprentissage

• Approfondir la physico-chimie des batteries lithium-ion et les mécanismes de vieillissement.
• Dimensionner un système BESS (Battery Energy Storage System) pour différentes applications EnR.
• Analyser les technologies de stockage par pompage-turbinage (STEP) et air comprimé (CAES).
• Comparer les vecteurs de stockage sur critères technico-économiques pour l’Afrique de l’Ouest.

Prérequis

Stockage de l’Énergie (STK5301) — Licence S5 ; Électronique de Puissance Avancée (ELP1101) — Master S1. Bases d’électrochimie, de mécanique des fluides et de Python.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Batteries Lithium : Physico-chimie Avancée
2. Leçon 2 — Systèmes BESS de Grande Capacité
3. Leçon 3 — Stockage par Pompage-Turbinage (STEP)
4. Leçon 4 — Comparaison Technico-Économique des Vecteurs de Stockage

Travaux pratiques

• TP guidé 1 (4 h) : caractérisation d’une cellule LFP — capacité, courbe OCV, résistance interne par impulsions (HPPC), identification d’un modèle RC (leçon 1).
• TP guidé 2 (4 h) : BMS — estimation du SoC par comptage coulométrique, recalage OCV et équilibrage d’un pack (leçon 2).
• TD (8 h) : dimensionnement BESS, STEP et calculs de LCOS ; étude de cas d’une centrale PV isolée de 10 MWc.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 22 h, TD 8 h, TP 8 h, TPE 42 h, soit 80 h ; 4 crédits. Évaluation CC + ET : contrôle continu 40 % (comptes rendus de TP, TD notés), examen terminal 60 % ; nature mixte.

Bibliographie

• D. Linden, T. B. Reddy, Handbook of Batteries, 4e éd., McGraw-Hill.
• IRENA, Electricity Storage and Renewables: Costs and Markets to 2030, 2017.
• R. A. Huggins, Energy Storage, Springer (complément).
• G. L. Plett, Battery Management Systems, vol. 1 et 2, Artech House (complément).