La startup israélienne Chakratec a développé une technologie de recharge ultrarapide alimentée par des volants d’inertie. Ce système innovant permet de recharger la batterie d’un véhicule électrique avec une puissance de charge supérieure à celle que peut fournir le réseau. Une première borne de ce type, d’une puissance de 100 kW, est installée à Prague.
L’utilisation d’un volant ou roue d’inertie pour stocker l’énergie n’est pas une innovation récente : cette technique aurait été inventée il y a plus de 6.000 ans par les potiers de Mésopotamie pour entretenir la rotation du tour sur lequel prenaient forme leurs récipients en argile. Dans le domaine de la mobilité elle était utilisée au siècle dernier, notamment dans des rames de métro ou par la société Suisse Oerlikon qui équipait ses Gyrobus d’un moteur à inertie. Ceux-ci ont été mis en circulation dans plusieurs villes de Belgique.
Un volant d’inertie est essentiellement constitué d’une roue dont la masse est progressivement accélérée, par exemple par un moteur électrique. L’énergie y est donc stockée sous forme cinétique. Ensuite, comme dans le principe du freinage régénératif, la roue peut régénérer de l’électricité en entraînant un alternateur. Elle est alors freinée.
La startup israélienne Chakratec a eu l’idée d’utiliser cette technique pour stocker l’électricité dans une borne de recharge et la restituer avec une puissance plusieurs fois supérieure à celle du réseau électrique local. Cela permet ainsi d’éviter les coûts importants d’un renforcement du réseau pour alimenter une borne de recharge ultrarapide de forte puissance.
Par rapport à un stockage par batterie chimique, l’avantage d’un volant d’inertie est qu’il permet de réaliser environ 200.000 cycles de charge et de décharge rapide sans perte de capacité, ce qui correspond à une durée de vie d’environ 20 ans. Cette technologie de stockage est en outre particulièrement « écologique » puisqu’à la différence des batteries lithium-ion, par exemple, elle ne nécessite pas l’utilisation de ressources stratégiques comme le cobalt ou le lithium.
Ilan Ben-David, le co-fondateur de Chakratec explique le principe du volant d’inertie par une comparaison humoristique : « C’est comme la chasse d’eau d’un WC » explique-t-il, « Quand vous tirez la chasse, le réservoir se vide rapidement avec un fort débit. Ensuite il se remplit lentement et ce n‘est que lorsqu’il est plein que vous pouvez tirer la chasse à nouveau ». De même, lorsqu’une borne ultrarapide recharge la batterie d’un véhicule électrique, le volant d’inertie est freiné pour libérer rapidement, avec une forte puissance, l’énergie qu’il a accumulée. Ensuite la roue est de nouveau accélérée pendant une plus longue période pour restocker l’énergie. « Les batteries chimiques ne peuvent pas être utilisées pour cette application en raison du nombre de cycles et de la puissance requise » nous confie Ilan Ben-David.
Un projet pilote à Prague
Une borne ultra-rapide conçue selon ce principe par Chakratec a été installée au Parc des expositions Letňany de Prague par le Škoda Auto DigiLab. La borne est alimentée par dix roues d’inertie abritées dans un conteneur adjacent et qui, selon la brochure téléchargeable sur le site de Chakratech, peuvent recharger 5 véhicules par heure . Il s’agit d’un projet pilote dont l’objectif est de tester et d‘évaluer la technologie. Deux autres bornes du même type auraient déjà été placées dans d’autres pays, toutefois le communiqué dont nous avons pris connaissance ne divulgue pas l’endroit. La borne de Prague dispose d’une puissance de charge de 100 kW mais Chakratec propose sur son site des installations pouvant fournir jusqu’à 300 kW.
A Prague, les électromobilistes peuvent actuellement utiliser cette borne gratuitement. Evidemment, la puissance de charge est limitée par les caractéristiques de leur véhicule. Peu de modèles acceptent déjà une puissance de charge de 100 kW.
En fonction des résultats de l’expérience, les partenaires prévoient d’installer d’autres stations de charge rapide conçues par Chakratec en Tchéquie et dans d’autres pays.
Il ya qqs. années un chercheur français proposait un stockage d’énergie similaire mais avec des volants à inertie en …
béton armé? question de prix de revient beaucoup + faible.
Techniquement, on sait que ça peut marcher.
Mais pour que la technologie soit adoptée en masse il faudra une petite révolution dans la construction des volants d’inertie.
Le point qui coince c’est le prix de la mécanique de précision capable de faire tourner ces imposantes masses à très grande vitesse… Et bien faire gaffe à assurer l’entretien derrière car un volant mal équilibré qui éclate ça peut faire des dégâts considérables.
A ma connaissance… A capacité et puissance équivalente, les batteries sont moins chères et ont moins d’entretien… Même en considérant la durée de vie du matériel…
Dans le même principe de stockage par inertie… https://energyvault.com/
Plutôt pour stocker les énergies intermittentes, mais posé à côté de supercharger ca permettrai de stocker assez d’énergie pour délivrer rapidement des kWh genre au bord des autoroute en périodes de vacance…
On monte les blocs 2 ou 3 jours avant et on les fait descendre rapidement pour charger les VE. Ca permettrait de lisser la charge sur le réseau. Bon c est pas très jolie mais certainement efficace !
Une vidéo intéressante qui traite du sujet sur le plan technique et industriel.
https://www.youtube.com/watch?v=_QLEERYS5C8
A chaque changement de type d’énergie, il y a des pertes.
Lorsque l’on passe de l’énergie électrique à l’énergie mécanique première perte.
Puis deuxième perte de l’énergie mécanique du moteur électrique à l’énergie cinétique.
Troisième perte en stockage de l’énergie cinétique.
Quatrième perte pour passer de cette énergie cinétique à de l’énergie électrique.
Très intéressant! Et merci aussi aux personnes concernées pour les commentaires instructifs qui suivent (même s’il faut s’accrocher un peu pour suivre parfois!) Juste une remarque pas forcément dans le sujet: le nombre de start-up Israéliennes qui proposent des solutions dans le domaine de l’électro-mobilité est impressionnant, mais je ne vois pas grand chose émerger au final: alors projets juste destinés à récolter des fonds, à se faire connaitre, ou tout simplement suis je trop impatient?
J’ai eu plusieurs voitures avec cette technologie il y a plusieurs années, c’était très efficace, l’accélération était à son maximum et l’énergie emmagasinée était souvent plus que nécessaire. C’était des voiture très facilement réparables, sans aucune maintenance et à un coût d’achat assez faible. Ce que je préférais quand même, c’était le chocolat autour.
Pour les passionnés, quelques infos en vrac :
– la densité énergétique rapportée au poids est très faible (plusieurs tonnes pour des dizaines de kWh)
– le rendement peut être excellent suivant les technos, mais les meilleurs rendement coûtent ainsi cher
– il y a peu de perte de rendement fonction de la vitesse, la limite c’est l’éclatement du mobile par force centrifuge
– on élimine les pertes par friction grâce à des enceintes remplies d’hélium lui même en très forte sous-pression (appelé à tort “sous vide”)
– les paliers sont aujourd’hui magnétique, l’arbre du volant ne frotte ainsi sur aucun roulement, d’où la durée de vie impressionnante et le rendement
– dire qu’un volant ne nécessite aucun matériaux rare est faux : paliers magnétiques, génératrice à aimants permanents : si on veut une grosse “patate” en sortie il faut une grosse génératrice, si on veut un gros stockage il faut de gros paliers. bref il faut un paquet de Néodyme.
D’après la photo, le système tient dans un “petit” container. Cela pourrait en faire une solution transportable en fonction des besoins intéressante. De plus les container peuvent se poser les uns sur les autres, cela peut limiter l’emprise au sol, à voir si c’est faisable malgré les 2,3 tonnes d’acier en mouvement (d’après Moshe ;) .
C’est super intéressant.
Certains volants d’inertie atteignent des vitesses supersoniques en périphérie.
C’est rendu possible lorsqu’ils sont placés dans une enceinte sous vide pour réduire les frottements à presque zéro et donc limiter la consommation de maintient.
Leur site ne précise par la technologie – ni la consommation de maintient – mais ça ressemble bien à un appareil à pression avec un raccord type air comprimé pour faire le vide :
https://www.chakratec.com/wp-content/uploads/2018/10/device.png
100 kW, ultra rapide ? N’importe quel superchargeur Tesla, borne Ionity et consort délivrent plus…
C’est un peu hypocrite de présenter ça comme ultra rapide et mensonger de prétendre qu’il peut recharger une voiture ” avec une puissance de charge supérieure à celle que peut fournir le réseau “
On peut prendre le problème comme on le veut, mais on ale même défaut qu’avec les batteries tampon, c’est l’impossibilité de 2 charges rapides à la suite, donc, c’est là encore, une “fausse” bonne solution
D’ailleurs, c’est un problème également avec les stations GNV ou H2, qui , en fonction de la taille de leur réservoir de stockage, doivent recomprimer..et faire attendre les clients !
Bref, oui les extensions réseaux coûtent cher, mais, c’est un investissement définitif et amortissable, d’autant que si on prête attention au choix du lieu par rapport au réseau, on peut d’abord équiper les points les mieux placés par rapport à celui-ci .
C’est également vrai en zone rurale où l’on a également des lignes MT, qui “traversent” des routes, avec d’ailleurs moins de soucis pour trouver le terrain ad hoc qu’en milieu urbain .
Je n’avais aucune idée des ordres de grandeur, alors j’ai fait quelques calculs rapides. Si je ne me trompe pas, en suivant https://fr.wikipedia.org/wiki/Volant_d%27inertie , j’ai abouti à grosso-modo 3,5kWh stockés par un volant en acier de 230kg (couronne de 20cm de rayon intérieur, 25cm de rayon extérieur et 40cm d’épaisseur) tournant aux alentours de 18.000t/min. Avec 10 volants (2,3t d’acier en rotation tout de même (1300 euros), plus le poids du reste de l’installation…), on peut stocker 35kWh. J’ignore la capacité de l’alimentation électrique, mais si on part sur du 22kW pas cher, en 30 minutes de charge, on peut délivrer aux alentours de 44kWh (35 venant du volant d’inertie, 11 venant du réseau) (soit 70% d’une batterie de 63kWh). C’est techniquement cohérent.
Cela peut être très intéressant en milieu rural ou montagneux. Avec des bornes dignes de ce nom, on aidera ces endroits.
Il doit cependant y avoir plus de pertes qu’avec un stockage sur batterie, et prend nettement plus de place, non ?
De plus, même si cela permet d’avoir plus de puissance à un instant donné pour recharger un VE, le problème est la succession de recharge. Le total d’énergie disponible ne dépassera pas la quantité sur la journée. Alors oui, forcément ya toujours des moments où il n’y a pas de voiture qui charge et cela permet d’accélérer le volant d’inertie, mais s’il y a 2 ou 3 recharges successives, seul le premier aura une charge vraiment rapide, les autres se contenteront de la puissance du réseau. Pour peu qu’il n’y ait que 30kW qui arrive, pour une voiture qui charge 30mn, faut en gros 1h sans recharge pour que le système soit entièrement rechargé. Ca optimise certes la distribution et la consommation sur le réseau, mais c’est un pis aller. En cas d’usage intensif de la borne, vaut mieux une alimentation à la hauteur du besoin
Cela fait un moment que je suis cette technologie bien intéressante, pour peu que l’on aie un peu (beaucoup) de place. Un projet français à l’origine il me semble, VOSS (pour VOlant de Stockage Solaire), à voir ici http://www.energiestro.fr/
L’idée est pas mal, notamment sur des secteurs ou le réseau est vraiment insuffisant. Par contre là ou le réseau est suffisant est ce que le coût de ce système est inférieur au coût de raccordement ?
Après je vais peut-être dire une ânerie mais si je comprends bien le système cela veut dire que la consommation est continue pour garder les volants en rotation lorsque aucun VE est connecté, donc si la borne est peu utilisée cela fait une sacré consommation “fantôme” et là la pertinence de ce système par rapport à une batterie tampon n’est pas terrible, et a l’inverse si la borne est trop sollicitée ce système n’apporte rien (tout comme une batterie tampon ) et là le coût du système n’est plus pertinent du tout par rapport a un raccordement au réseau.
Bref ce système pourrait être pertinent pour une entreprise genre société de Taxi qui peut programmer a l’avance ses charges et lancer les volants 30mn avant le branchement du VE a charger
Borne de recharge la plus bruyante au monde donc.
Le volant à inertie entre en concurrence avec d’autres solutions comme le stockage dans des batterie lithium, y compris des batteries “second life” un peu usées. Les 2 solutions me paraissent viables. Au-delà du poncif sur les ressources prétendues rares économisées, la sélection naturelle se fera en fonction du coût réel d’installation et d’entretien de chaque techno. On verra bien.
Il s’agit là bien sûr d’une solution qui s’adresse aux “petites” stations de recharge, avec une seule borne utilisée de façon occasionnelle dans un coin reculé sans alimentation de forte puissance, et sans logique économique pour y câbler une ligne électrique puissante.
Pour les grandes stations multibornes (Tesla SuC, ionity etc), pas de miracle, il faut une arrivée d’énergie “lourde” qui pourra alimenter en temps réel les chargeurs à pleine puissance, mais pas forcément tous. Au-delà de 20 ou 50% de taux d’occupation instantanée la puissance pourra aussi être partagée.
Une borne à stockage placée “en bout de ligne” pourrait aussi servir à lisser les pics de conso du réseau, en l’absence de véhicule branché dessus. Alimenter le réseau ou le véhicule, en cas de “pénurie”, il faudra choisir!
Comme souligné dans l’article, on vera un retour d’expérience. 10 bornes à un emplacement c’est plus cool ! C